PDF | Печать | E-mail

 
СПОСОБЫ РЕМОНТА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ
 
Приступая к ремонту двигателя, а тем более, к ремонту конкретных деталей, необходимо представлять цепи и задачи ремонта. Цель ремонта можно сформулировать, как восстановление эксплуатационных характеристик и параметров двигателя (или отдельного узла, детали) до уровня, указанного в паспортных данных, инструкциях по эксплуатации и ремонту или общепринятых рекомендаций (если конкретные сведения по данному двигателю отсутствуют).
К эксплуатационным характеристикам и параметрам двигателя, которые контролируются и в целом определяют качество ремонта, следует отнести: шум двигателя; дымность и токсичность отработавших газов; пусковые характеристики; уровень вибрации, устойчивость работы на всех режимах; приемистость, мощность (крутящий момент), эксплуатационный расход топлива; ресурс двигателя после ремонта, т.е. пробег до следующего ремонта.
Сформулированная цель может быть достигнута: соблюдением правил и технологий ремонта на всех его этапах; восстановлением прежней геометрии деталей - конфигурации, формы, взаимной параллельности, перпендикулярности, биения поверхностей и т.д., а также качества материала на поверхности (например, твердости); восстановлением номинальных значений зазоров во всех сопряжениях деталей; восстановлением рабочих функций вспомогательных агрегатов и систем управления двигателя. Успешное решение этих задач связано с целым рядом факторов, в частности, квалификацией и опытом работы персонала ремонтного предприятия, наличием инструмента, приспособлений, оборудования для ремонта и т.д. Из них наибольшее значение имеет квалификация и опыт - при ремонте двигателей со сложными дефектами или поломками нередко требуются не только навыки разборки и сборки двигателя, но и знания рабочих процессов двигателя, условий работы деталей, а также технологий их ремонта. Без этого обычно не удается обеспечить нужное качество ремонта двигателя.
 
9.1. Общий подход к ремонту деталей
 
При ремонте изношенных или поврежденных деталей двигателя необходимо придерживаться определенных общих правил. Это позволяет избежать ошибок, обеспечить качество ремонта, а в целом снизить вероятность неисправностей и отказов после ремонта и исключить затраты времени и средств на их исправление. Все детали двигателя, подверженные различным повреждениям в эксплуатации, можно условно разделить на две группы. Первая группа - изнашиваемые детали, непосредственно контактирующие по рабочим поверхностям с ответными изнашиваемыми деталями. Такие детали могут обрабатываться в ремонтные (увеличенные для отверстий и фланцев и уменьшенные для валов) размеры для сопряжения с ответными заменяемыми деталями. Примером может служить шлифование коленчатого вала под вкладыши увеличенной толщины или хонингование цилиндров под поршни увеличенного диаметра.
Вторая группа - неизнашиваемые детали, непосредственно не работающие на износ в контакте с другими, но в некоторых случаях получающие те или иные повреждения при разрушении сопряженных деталей. К ним можно отнести шатуны, блоки цилиндров (постели коленчатого вала) и т.п. В отличие от деталей первой группы, неизнашиваемые детали следует ремонтировать преимущественно с восстановлением в прежний размер. Если при ремонте это условие нарушается, то, как правило, требуются нестандартные комплектующие. При этом не исключено, что надежность двигателя будет снижена, а последующий ремонт (если он потребуется) будет затруднен или невозможен без замены этих деталей.
Исходя из сказанного, можно сформулировать следующие правила ремонта:
1. Не следует без необходимости изменять конструкцию ремонтируемых деталей, особенно, если речь идет об относительно недорогих деталях. Например, протачивание канавок на поршне под более высокие ("толстые") кольца всегда ослабляет поршень и в последующем может привести к его поломке. Установка "сухих" гильз в блок с последующей их расточкой и хонингованием под изношенные поршни для восстановления зазоров в цилиндрах - также изменение конструкции, причем совершенно неоправданное. Для ремонта блоков практически всегда существуют поршни увеличенных (ремонтных) размеров. Другое дело, когда в цилиндре обнаружено глубокое повреждение или трещина, либо цилиндры уже имеют последний ремонтный размер. В таких случаях установка гильз оправдана, поскольку является единственным способом восстановить дорогостоящую деталь - блок цилиндров.
2. При проведении ремонта двигателя, особенно сложного, не стоит экономить на мелочах - лучше один раз заменить и/или отремонтировать все изношенные или "подозрительные" детали. Это оказывается дешевле, чем несколько раз затем частично разбирать двигатель и устранять "недоделки". Например, можно оставить без замены сальник коленчатого вала, ошибочно посчитав его еще хорошим по его внешнему виду. Однако при этом сильно возрастает риск повторного снятия и установки двигателя или коробки передач для замены этого сальника. Такая же "мелочь" внутри самого двигателя нередко "стоит" ещё и повторных разборки и сборки двигателя.
3. Отремонтированная деталь должна иметь геометрические характеристики - перпендикулярность, параллельность, взаимное биение рабочих и базовых поверхностей, на уровне новой детали. Чем выше качество ремонта, тем меньше отклонения формы, расположения и размеров поверхностей. Эти параметры должны быть, с одной стороны, заложены в технологию ремонта, а с другой - тщательно проконтролированы перед сборкой двигателя. Ошибки, допущенные при ремонте и пропущенные при контроле, ведут обычно к ускоренному износу самой детали и деталей, сопряженных с ней.
4. При ремонте деталей не следует забывать о возможности последующего ремонта. Это значит, что должен быть обеспечен по возможности минимальный съем металла на изношенных поверхностях. Кроме того, не стоит произвольно дорабатывать детали и изменять их посадочные размеры под имеющиеся на ремонтном предприятии дешёвые комплектующие. Например, растачивание крышки блока и/или шлифование вала под имеющийся в наличии нестандартный сальник при последующем ремонте может создать проблемы с поиском такого же сальника. Еще хуже, когда дорабатывается отверстие шатуна под нестандартные шатунные вкладыши - "вернуть" размер обратно к номинальному практически невозможно. Следует отметить, что некачественный ремонт - это в определенной степени бумеранг для недобросовестного ремонтника. Достаточно велика вероятность того, что именно ему и придется устранять недоделки, и у него самого могут возникнуть проблемы с повторным ремонтом.
5. При ремонте двигателей не следует использовать запасные части и комплектующие низкого или сомнительного качества. Как правило, их можно отличить по низкой цене и внешнему виду, который нередко отличается от внешнего вида детали, снятой с двигателя. Детали и комплектующие низкого качества могут привести к необходимости проведения повторного ремонта уже через несколько тысяч километров пробега. Особенно неприятно, если под эти запасные части выполнялся ремонт сопряженных поверхностей других деталей, что, помимо всего прочего, резко увеличивает объем повторного ремонта. Поэтому разного рода "нестандартные" запасные части и комплектующие лучше использовать только для того двигателя, для которого они и предназначены. Если всё же другого выхода нет, замену комплектующих на нестандартные следует проводить крайне осторожно, по принципу "семь раз отмерь - один раз отрежь". Стоит отметить, что и наоборот, установка только оригинальных деталей и комплектующих с маркировкой фирмы-изготовителя автомобиля также далеко не всегда оправдана из-за их высокой цены. Таким образом, цена, а следовательно, и качество запасных частей должны быть оптимальны, иначе ремонт двигателя становится нерентабельным.
6. В практике ремонта двигателя следует использовать несколько основных способов восстановления зазоров и поверхностей сопряженных и изношенных деталей: а) одна из изношенных деталей обрабатывается в ближайший ремонтный размер - увеличенный (для отверстия) или уменьшенный (для вала). Другая деталь заменяется на новую, имеющую увеличенный (уменьшенный) ремонтный размер. Это наиболее распространенный и дешевый способ ремонта ЦПГ и КШМ; б) одна из изношенных деталей не обрабатывается (если износ небольшой) или обрабатывается до восстановления правильной геометрической формы. На рабочие поверхности ответной детали наносится слой металла (наплавка, наварка, напыление, гальваническое покрытие). После этого деталь обрабатывается (шлифуется) в размер, больший стандартного (вал), но обеспечивающий требуемый зазор в сопряжении. Данный способ может быть использован, например, при ремонте деталей распределительного механизма (сопряжения распределительного вала с головкой блока, клапанов с клапанными втулками); в) на одну из изношенных деталей наносится слой металла, после чего деталь обрабатывается в размер, равный стандартному (если износ мал) или меньший его (если износ велик). Ответная деталь заменяется на новую соответственно стандартного или ремонтного размера. Данный способ является основным для ремонта подшипников распределительных, вспомогательных и балансирных валов, если они вращаются в подшипниках скольжения. Кроме того, способ часто используется для ремонта сильно изношенных коленчатых валов, когда величина износа отдельных поверхностей превышает 3+4 ремонтных размера (т.е. больше 0.75+1,0 мм); г) изношенная деталь, имеющая отъемную (разъёмную) часть, обрабатывается по поверхности разъема, после чего деталь соединяется, а изношенная поверхность обрабатывается в стандартный размер. Это основной способ восстановления постелей подшипников в блоке цилиндров, шатунах и головке блока с разъемными крышками опор; д) обе ответные детали заменяются на новые, но одна из деталей дополнительно обрабатывается для обеспечения рабочего зазора. Данный способ характерен для ремонта головок блоков с заменой изношенных клапанов и клапанных втулок, верхних головок шатунов при замене втулок поршневого пальца; е) обе ответные детали заменяются на новые с "автоматическим" обеспечением рабочего зазора. Такая ситуация встречается при замене коленчатого вала с вкладышами, распределительного или вспомогательного валов в комплексе с новыми втулками подшипников, а также при замене блока цилиндров с поршнями и кольцами. Этот способ наиболее дорогой и применяется тогда, когда другие способы ремонта невозможны из-за сильного повреждения деталей.
 
9.2. Ремонт отверстий в деталях двигателей и агрегатов.
 
В конструкциях двигателей можно выделить два типа отверстий. Первый тип - отверстия, по поверхности которых работает - вращается или поступательно движется, ответная деталь (вал, толкатель, поршень, палец и т. д.). Это - цилиндры, гильзы цилиндров, поршни, опоры подшипников распределительного вала в головке, отверстия в поршне и т.д. Второй тип - отверстия, используемые для установки или запрессовки втулок, вкладышей подшипников и других деталей, т.е. по поверхности таких отверстий ответная деталь непосредственно не работает (не перемещается).
К таким отверстиям относятся постели в головке и блоке цилиндров под вкладыши или втулки, отверстия верхних и нижних головок шатунов и дp. Кроме того, отверстия первого типа следует различать по способу смазки пары трения - под давлением или разбрызгиванием. В соответствии с типом отверстий в эксплуатации встречаются повреждения различного характера, среди которых следует отметить износы, задиры, остаточные температурные деформации и др. При этом различные типы отверстий требуют для ремонта различных способов и средств (технологий) ремонта. Для отверстий первого типа основным способом ремонта является увеличение диаметра, что предполагает использование ответной детали увеличенного (ремонтного) размера. Для отверстий второго типа при ремонте обычно требуется восстановление размера до стандартного.
Существенное влияние на способ ремонта оказывает то, является ли отверстие разъемным или неразъемным. Так, для изношенных разъемных отверстий первого типа возможно восстановление в прежний (стандартный) размер. Для этого необходимо обработать плоскости (поверхности) разъема так, чтобы появился припуск на окончательную обработку отверстий. Если износ небольшой, менее 0,10+0,15 мм, обычно бывает достаточно обработать только поверхность разъема крышки отверстия. После обработки отверстия в размер допускаются небольшие, в сумме не более 20% длины отверстия необработанные участки у разъема. Если износ или деформация отверстия велики (более 0,15 мм), для ремонта требуется обработка плоскости разъема и крышки и основания отверстия, в противном случае могут остаться большие необработанные участки отверстия.
Однако следует проявлять осторожность - практически любой ремонт разъемных отверстий приводит к смещению оси в сторону от крышки к основанию. Для некоторых конструкций это может оказаться нежелательным (ослабление натяжения цепей или ремней) или даже недопустимым (изменение межосевого расстояния пары шестерен). Неразъёмные отверстия, как первого, так и второго типов могут быть отремонтированы установкой дополнительной втулки. Этот способ является основным для отверстий второго типа, в то время как для отверстий первого типа его следует применять лишь в крайних случаях при очень сильном износе или повреждении.
Во всех случаях ремонта отверстий необходимо учитывать их взаимное расположение по отношению к другим элементам конструкции деталей. Так, при ремонте не должны быть нарушены параллельность, перпендикулярность и соосность ремонтируемого отверстия к так называемым базовым поверхностям, относительно которых была произведена обработка отверстий на заводе-изготовителе. Практика показывает, что наиболее сложно ремонтировать группу соосных отверстий, если произошел износ или деформация одного или нескольких из них. В данной ситуации приходится ремонтировать, как правило, все отверстия, расположенные на данной оси. Это требует специального прецизионного оборудования и нередко достаточно большого объема работ по подготовке к ремонту. Для ремонта поверхности отверстий наиболее часто используются токарные, расточные, хонинговальные и внутришлифовальные станки. Токарные и расточные станки чаще применяются для предварительной обработки отверстий. На токарных станках можно обработать только небольшие по габаритам детали, например, крышки и корпуса маслонасосов, шатуны и т.д. Точность обработки даже на универсальном токарном оборудовании достаточно высока - попасть в допуск 0,015+0,020 мм нетрудно. Однако для деталей сложной формы часто требуется специальная планшайба, а время обработки оказывается достаточно велико, в основном, из-за трудности выверки положения детали. Если ориентироваться на описанные выше типы отверстий, то токарная обработка подходит во всех случаях, кроме отверстий первого типа со смазкой разбрызгиванием (например, поверхность цилиндров).
Следует отметить, что для отверстий первого типа чем выше качество поверхности, тем меньше износ. Получаемая после обработки резцом поверхность отверстия может служить причиной ускоренного износа вала, особенно, если отверстие выполнено из мягкого металла (алюминий). Такие случаи встречаются в опорах подшипников скольжения, в том числе в отверстиях поршней и верхних головок шатунов. Для отверстий второго типа после токарной обработки возможно уменьшение площади контакта и увеличение контактного термического сопротивления между корпусом (отверстие) и устанавливаемой в него деталью вследствие повышенной шероховатости поверхности. Результатом этого может быть перегрев деталей (вкладыш, гильза). Вышесказанное справедливо и для обработки отверстий на расточных станках. В отличие от токарных, расточные станки обеспечивают, как правило, более высокую точность. Для сравнительно коротких отверстий используются вертикально-расточные станки (цилиндры, шатуны, крышки, корпуса маслонасосов и т.д.). Для длинных или соосных отверстий, расположенных на большой длине (опоры валов в блоке или головке цилиндров) чаще применяются горизонтально-расточные станки. Обработка таких отверстий представляет собой достаточно сложную техническую задачу. С одной стороны, требуется большой вылет резца. Консольно-расположенный резец при растачивании может вибрировать, что значительно снижает качество обработки - поверхность становится "дробленой". Чтобы устранить дробление, необходимо иметь дополнительную опору резца. В этой связи представляет интерес обработка отверстий с помощью борштанги - специального резцедержателя установленного на двух подшипниках, закрепленных на торцах или одной из плоскостей обрабатываемой детали. Применение борштанги требует тщательной настройки всех резцов на заданный размер (обычно их количество равно числу обрабатываемых соосных отверстий), но упрощает требования к станку, от которого нужны только вращение и продольная подача. Независимо от используемого оборудования обработка соосных далеко расположенных отверстий требует очень точной выверки положения детали.
На современных двигателях прецизионные отверстия в деталях всегда имеют окончательную (финишную) обработку после растачивания. Поскольку одна из основных задач ремонта - добиться качества поверхности после ремонта не хуже, чем у новой детали, для окончательной обработки лучше всего подходят различные хонинговальные станки. Хонингование выполняется абразивными брусками. Для обработки алюминиевых, бронзовых и чугунных деталей используются бруски из окиси алюминия A l 203 или карбида кремния SiC. Для обработки стальных деталей часто применяются алмазные бруски, а также бруски из кубического нитрида бора. Бруски устанавливаются на хонинговальной головке станка, которая имеет возможность вращения и возвратно-поступательного движения. При обработке поверхности отверстия необходима подача большого количества смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), препятствующей задирам и внедрению абразива в поверхность, особенно у алюминиевых, чугунных и бронзовых деталей. Кроме того, СОЖ уносит абразив и частицы металла от поверхности отверстия, а также охлаждает деталь при обработке. В качестве СОЖ используется специальное хоновое масло, содержащее большой спектр моющих присадок, препятствующих также "засаливанию" брусков. Иногда применяют смесь масла - индустриального или веретенного, с керосином или чистый керосин.
Последний вариант уменьшает ресурс брусков, т.к. керосин разъедает связку - состав, связывающий частицы абразива в бруске. На практике находят применение различные схемы хонингования. Гибкое подпружиненное крепление брусков на хонинговальной головке дает хорошую чистоту поверхности, но не исправляет отклонений от цилиндрической формы, если они по каким-либо причинам имелись перед хонингованием, и не позволяет из-за этого снимать большой (более 0,1 мм) припуск. Хонинговальные головки с жесткой подачей брусков обеспечивают съем больших слоев металла (если это необходимо), лучшее качество поверхности и исправляют отклонения от цилиндрической формы отверстия. В автоматических и полуавтоматических хонинговальных станках подача брусков на разжим происходит автоматически по мере снятия материала из отверстия по крутящему моменту на головке. При уменьшении крутящего момента система автоматического регулирования разжимает бруски на головке. В станках с ручным управлением подача брусков на разжим осуществляется вручную. Хонинговочные головки имеют различную конструкцию. Так, для относительно коротких отверстий используются головки с одним рядом брусков. Для длинных отверстий или разнесенных на большую длину опор в блоках и головках цилиндров применяют специальные головки (оправки) с 2+7 расположенными в один ряд брусками. Отверстия небольшого диаметра могут обрабатываться головками, у которых в одном ряду один брусок с одним двойным или двумя направляющими башмаками.
Для длинных отверстий, в том числе цилиндров, применяются головки с направляющими башмаками и без них. Для станков с автоматической подачей брусков головки могут иметь 2 бруска и 2 башмака. Один из башмаков настраивается на размер цилиндра, другой - подпружинен. В головках с ручной подачей для простоты настройки башмаки могут иметь жесткую подачу одновременно с брусками. Находят применение головки с жесткой подачей брусков без башмаков, при этом требуется 6+8 брусков. Такой инструмент имеет большую производительность, но обычно уступает в точности головкам с направляющими башмаками. Хонингованием могут быть обработаны отверстия в любых деталях - стальных, чугунных, алюминиевых и бронзовых. На процесс хонингования слабо влияет неоднородность металла, наблюдаемая, например, при внедрении подкаленных слоев стали в отверстие алюминиевой детали или при местной закалке поверхности отверстия стальной детали из-за перегрева. Этого нельзя сказать о растачивании, где даже для обработки алюминиевых деталей часто приходится пользоваться наиболее твердыми "эльборовыми" резцами, если есть внедрение частиц стали или чугуна. Недостатком хонингования является высокая стоимость инструмента, поскольку одна оправка (головка) может иметь небольшой диапазон регулирования диаметра (3+5 мм для больших отверстий и 2+3 мм для малых). Исключение составляют хонинговальные головки для цилиндров, которые могут охватывать весь диапазон диаметров, например, от 60 до 100 мм. Головки в хонинговальных станках могут иметь шарнирное и жесткое крепление. Для обработки цилиндров на вертикально-хонинговальном станке необходимы два шарнира, чтобы устранить возможную несоосность шпинделя станка и отверстия. Обработка опор подшипников в блоках цилиндров и головках выполняется на горизонтально-хонинговальных станках, где также требуются два шарнира между шпинделем станка и головкой.
В то же время для хонингования небольших деталей удобны горизонтально-хонинговальные станки с жестким креплением головки. Деталь при обработке удерживается здесь вручную и имеет возможность перемещаться в плоскости вращения. Существенной особенностью хонингования, ограничивающей его применение, является то, что обработка отверстий не ведется от базовых поверхностей, в отличие, например, от других способов (растачивание, шлифование и т.д.). Базой при хонинговании является само отверстие, т.е. в процессе обработки сохраняется соосность между отверстиями до и после съёма небольшого слоя металла (например, в несколько десятых долей миллиметра). Рассмотрим этот вопрос более подробно. Допустим, обрабатываемое отверстие небольшой длины сильно деформировано. При этом оно становится нецилиндрическим, однако его образующая прямолинейна и параллельна оси. В таком случае при хонинговании головками с жесткой подачей брусков отверстие становится цилиндрическим и ось отверстия не перекашивается. Если же образующая непрямолинейна (например, вследствие износа обычно отверстие имеет "корсетную" форму), поверхность имеет конусность или односторонний износ, то после хонингования может возникнуть перекос оси, т.е. новая ось отверстия не будет параллельна старой. Аналогично при снятии больших припусков ось отверстия, несмотря на все меры, в том числе хонингование с разных сторон, двух деталей вместе и т.д., также может оказаться перекошенной. При съеме каждый раз небольших слоев металла накапливается погрешность, которая становится весьма ощутимой, если припуск на хонингование превышает 0,8+1,0 мм. В то же время для длинных или далеко разнесенных соосных отверстий припуск может быть увеличен в несколько раз без значительного увеличения перекоса. Для сильно деформированных коротких отверстий небольших стальных деталей (например, шатунов) хорошие результаты дает внутреннее шлифование, выполняемое на специальных станках.
Данный способ обработки заменяет сразу и растачивание и хонингование, которые приходится применять в указанных случаях. При этом шлифованное отверстие имеет более высокую точность - в нем практически отсутствуют «эллипс» и «конус», тогда как при растачивании и хонинговании отклонение от цилиндричности может достигать 4+10 мкм. Правда, даже такая эллипсность или конусность является очень малой для подавляющего большинства деталей автомобильных двигателей. Длинные или далеко разнесенные отверстия могут быть обработаны с помощью специальных разверток. Если для разворачивания отверстий под направляющие втулки или в самих втулках в головках блока цилиндров, как правило, подходят стандартные развертки, то для опор валов в блоке или головке требуется специальный инструмент. Такие развертки могут быть изготовлены на заказ на инструментальном производстве, однако это достаточно дорогой инструмент, причем рассчитанный только на один диаметр. Кроме того, неоднородность металла в отверстиях, особенно поврежденных, затрудняет обработку разверткой. Вследствие этих причин данный способ для обработки опор подшипников применяется очень редко. При ремонте отверстий большое значение имеют методы и средства контроля. Для всех случаев ремонта требуется точное измерение диаметра отверстия, например, нутромером с ценой деления до 0,01 мм. Для многих деталей требуются также измерения соосности, перпендикулярности и/или параллельности различных поверхностей.
 
9.3. Ремонт валов двигателей
 
Большинство неисправностей двигателей связано с износом, повреждением или даже поломкой валов - коленчатых, распределительных, вспомогательных, балансирных. При ремонте двигателей нередко приходится ремонтировать опорные шейки (рабочие поверхности) валов. Независимо от конструкции и назначения вала можно выделить некоторые общие принципы ремонта, соблюдение которых позволяет обеспечить надежность и долговечность вала после ремонта. Основными неисправностями валов являются износ или задиры опорных шеек из-за повреждения вкладышей или втулок, а также деформация - искривление вала из-за перегрева шеек. В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках и нагрузки, в то время как условия смазки ухудшаются. "Естественный" износ шеек наблюдается при больших пробегах автомобиля и всегда достаточно мал - обычно не более 0,05+0,08 мм. Овальность шеек редко превышает здесь 0,02-0,03 мм. При этом поверхность шеек становится негладкой, имеет многочисленные круговые риски, царапины, канавки глубиной до 0,01+0,04 мм. Поэтому даже в случае правильной геометрии вал с такими шейками не может быть установлен без ремонта. Износ шеек после разрушения подшипников достигает иногда 0,5+0,8 мм, а в некоторых случаях до 2+3 мм. Овальность шеек при этом составляет примерно половину износа. Износ, как правило, имеет односторонний характер, что может существенно затруднить последующий ремонт. При ремонте валов должны быть выполнены следующие условия: 1) восстановлен (до исходного) рабочий зазор в соединениях с ответной деталью (или деталями); 2) восстановлено взаимное расположение рабочих ивспомогательных поверхностей; 3) восстановлено качество рабочих поверхностей. Пренебрежение хотя бы одним из указанных условий ведет к ускоренному износу и выходу из строя как самого вала, так и ответных деталей. Например, увеличенный зазор дает шум или стуки при работе, уменьшенный - приводит к задирам и заклиниванию. Искривление оси опорных рабочих поверхностей вала увеличивает нагрузки на опоры и износ подшипников. Из-за несоосности рабочих и вспомогательных поверхностей ускоряется износ элементов привода вала (цепи, ремни, натяжители), а также нарушается герметичность уплотнений вала. Низкое качество отремонтированной поверхности - большая шероховатость и пониженная твердость, ускоряют износ и вала и сопряженных с ним деталей.
Основными способами ремонта валов являются:
1. Шлифование опорных шеек в ремонтный (уменьшенный) размер - применяется для равномерно изношенных валов при наличии вкладышей (втулок) подшипников увеличенной толщины.
2. Правка с последующим шлифованием шеек в ремонтный размер - для деформированных и изношенных валов.
3. Наплавка или наварка (возможно с небольшим предварительным занижением размера шейки) с последующими правкой и шлифованием в ремонтный размер - для сильно изношенных и деформированных валов.
4. Аналогично п.3, но шлифование производится в прежний размер шеек - используется для вспомогательных и распределительных валов, где применяются, в основном, только втулки подшипников стандартного размера.
5. Аналогично п.3, но шлифование производится в размер, больший стандартного - применяется, в основном, для распределительных валов, устанавливаемых в изношенные и/или увеличенные в ремонтный размер опоры в головке блока цилиндров. 6. Правка без шлифования - применяется для неизношенных валов, имеющих большую остаточную деформацию.
Независимо от способа ремонта следует придерживаться определенной последовательности ремонтных операций: 1. Дефектация и подготовка вала к ремонту. 2. Наварка. 3. Правка. 4. Шлифование. 5. Балансировка. 6. Полирование рабочих поверхностей. 7. Окончательный контроль. Рассмотрим более подробно основные операции. Дефектация вала проводится с целью определения методов и средств ремонта и включает: измерение диаметров и овальности шеек (наибольший и наименьший размеры); измерение биения поверхностей (направление и величина); измерение размеров вспомогательных поверхностей (хвостовик и т.д.). Перед дефектацией вал должен быть вымыт и просушен. Измерения диаметров шеек и хвостовика производятся микрометром. Опорные шейки измеряются в одной (произвольной) плоскости, за исключением визуально наблюдаемого одностороннего износа. В этом случае измеряются минимальные и максимальные размеры шеек, а также определяется направление износа. Иногда точно определить износ сложно из-за рельефа рабочей поверхности. Измерить деформацию вала можно двумя способами - на призмах и в центрах. При измерении деформации на призмах вал крайними шейками опирается на призмы, установленные на поверочной плите, а с помощью магнитной стойки с индикатором измеряется биение других шеек и поверхностей. Следует отметить, что если вал имеет различные диаметры шеек, то измерение усложняется, т.к. под одну из призм необходимо устанавливать специальные шлифованные подкладки. Подавляющее большинство валов имеет технологические базовые поверхности - центровые фаски на торцах, в которых вал устанавливают для обработки на производстве. Центровые фаски имеют обычно угол порядка 60°, а диаметры различные - от 6 до 50 мм, причем в некоторых случаях требуются укороченные центры в виде усеченного конуса, иначе острый конец центра может упереться в дно отверстия вала. Наиболее удобно производить проверку в токарном станке, используя центры с углом 60", изготовленные из мягкого материала - алюминия, меди или бронзы. Поверхность центра должна быть достаточно гладкой, но иметь спиральную канавку небольшой ширины (около 0,5 мм) и глубины (0,1+0,2 мм) с шагом 5+7 мм. Один из центров зажимается в патрон шпинделя, а другой - в патрон, установленный в задней бабке станка. Вал зажимается центрами без люфтов, но так, чтобы его можно было свободно вращать рукой. Сначала проверяется правильность установки вала, т.е. биение рабочих или вспомогательных поверхностей рядом с центрами. Для этого на «стоп» станка устанавливается магнитная стойка с индикатором, ножка которого упирается в проверяемую поверхность. Далее, вращая вал рукой, определяется биение. Оно не должно превышать 0,02+0,03 мм.
Если биение больше, необходимо поправить центровые фаски на валу, иначе деформация вала будет определена с ошибкой. Более того, дальнейший ремонт поверхностей вала, например, шлифование в центрах, будет неправильным. В частности, появится взаимное биение рабочих поверхностей относительно посадочной поверхности шестерен и поверхности сальника (если они есть), поскольку биение этих поверхностей сохранится, а рабочие поверхности вала относительно центров бить уже не будут. Правку центровых фасок наиболее просто выполнить на токарном станке. Для этого необходимо нанести на соответствующий центр, зажатый в патроне шпинделя станка, абразивную пасту или абразивный порошок с маслом. С помощью рычага на валу надо создать боковое или вертикальное усилие в сторону, противоположную биению - это контролируется индикатором. Далее включается станок с оборотами шпинделя 300+500 мин. За счёт усилия рычага (порядка 150+200 Н) создается небольшое усилие отжима вала от центра и прижима его к центру задней бабки станка. Теперь вращением маховика на задней бабке необходимо обеспечить осевое движение вала к центру и от центра (вперед-назад). Если используется паста зернистостью 25+40 мкм, то данный способ позволяет обеспечить смещение центровой фаски примерно на 0,03+0,05 мм/мин. При этом необходимо добиваться, чтобы биение поверхностей на краях вала стало меньше 0,02 мм. На некоторых валах вместо одной из центровых фасок может быть выполнено базовое отверстие без фаски. В таком случае можно затупить шабером острый край отверстия, затем, используя описанный выше способ, притереть центровую фаску. После предварительной притирки необходимо заменить центр или проточить его и только затем притереть центровую фаску окончательно, контролируя биение ближайшей к фаске поверхности (не более 0.02 мм). Существуют и другие способы правки центровой фаски, например, в токарном станке с использованием люнета. Однако преимуществом метода притирки фаски является доступность, т.е. необходимая точность достигается без специального оборудования и оснастки, и не требуется высокая квалификация персонала. После того, как на краях вала биения поверхностей устранены, необходимо проверить биение рабочих поверхностей, расположенных ближе к середине вала. Если биение больше 0,07+0,09 мм, вал следует править. Необходимость правки при большой деформации диктуется следующими причинами. Деформация вала приводит к появлению неуравновешенной массы за счет сдвига оси данного сечения вала относительно оси вращения.
Это справедливо для валов с большими разнесенными от оси вращения массами, в частности, для коленчатых валов. У вспомогательных и распределительных валов влияние дисбаланса несущественно, однако у распределительных валов есть другая проблема. Так, деформация и последующий ремонт опорных шеек без правки вала здесь приводит к смещению оси кулачков относительно оси вращения вала. Если двигатель имеет ручную регулировку зазоров в клапанном механизме, то это еще можно допустить, однако зазоры уже не будут стабильны по углу поворота вала, и, скорее всего, возможны повышенный шум и стуки в механизме. В то же время для двигателей с гидротолкателями это совершенно неприемлемо. Даже небольшое биение (0,02+0,03 мм) тыльной стороны кулачка относительно опорных шеек приводит к зависанию клапана и неработоспособности двигателя на холостом ходу и малой нагрузке. При деформации вала его ось, проходившая ранее через центры опорных шеек, изгибается. При этом искривляются и получают взаимное биение и другие поверхности - хвостовик, поверхности под сальники, посадочные пояса шкивов или звездочек, опорные и упорные торцевые поверхности.
Причины деформации валов различны, однако в большинстве случаев деформация связана с местным перегревом подшипников. В частности, у бензиновых двигателей деформация коленчатого вала обычно имеет характер сжатия щек. У дизелей, напротив, иногда наблюдается расширение щек у перегретой шатунной шейки. Величина деформации, определяемая на призмах как смещение осей коренных шеек (1/2 их биения) относительно их оси вращения, зависит от конструкции коленчатого вала, длительности и режимов работы двигателя с разрушенным шатунным подшипником. Большинство валов деформируется на 0,05+0,10 мм, однако нередки случаи деформации на 0,2+0,3 мм и даже на 0,8+1,0 мм. Наибольшее влияние на работоспособность вала и его подшипников оказывает взаимное биение опорных шеек. Чем больше биение, тем выше нагрузки на подшипники скольжения и их износ и тем меньше их ресурс. Так, при биении шеек свыше 0,12+0,15 мм ресурс подшипников вала обычно не превышает 1000+2000 км, а при биении свыше 0,07+0,08 мм - 5+10 тыс. км пробега автомобиля. Снижение ресурса заметно при биении, близком к рабочему зазору в подшипниках - 0,04+0,06 мм, однако некоторые многоцилиндровые двигатели с длинными и тонкими валами и трехслойными вкладышами (BMW) иногда допускают достаточно длительную работу при такой деформации вала. В то же время для подавляющего большинства двигателей верхний предел биения опорных шеек валов не должен превышать половины рабочего зазора - 0,02+0,03 мм. Новые коленчатые и распределительные валы имеют биение менее 0,01 мм (обычно 0,005+0,008 мм). При таком биении достигается наибольший ресурс подшипников, и именно к такому уровню необходимо стремиться при ремонте. Биение торцевых поверхностей упорных подшипников характерно для валов, у которых шейка с упорными подшипниками не совпадает с сечением максимального биения вала. Обычно это встречается у валов с упорными подшипниками на задней опоре, например, при разрушении крайних шатунных шеек коленчатых валов с расположением упорных подшипников на средней коренной шейке. Биение торцевых поверхностей не должно превышать 0,01+0,02 мм. При большем биении ускоряется износ упорных подшипников вала, элементов привода и т.д. У деформированных валов наблюдается также искривление хвостовика и биение его поверхности относительно оси вращения вала. На хвостовике обычно расположены звездочка цепи или шкив зубчатого ремня. Биение их больше 0,03+0,04 мм вызывает попеременно за 1 оборот натяжение и ослабление цепи (ремня), колебания и ударные нагрузки в деталях привода. Это является причиной ускоренного износа деталей, в основном, быстрого растяжения цепи или ремня. При ремонте вала необходимо добиваться биения хвостовика не более 0,01 :-0.02 мм. Поверхности под сальники на деформированном валу обычно также получают биение. Биение свыше 0,07+0,08 мм недопустимо даже для нового сальника, вдвое меньшее биение сильно ограничивает ресурс сальника как за счет ускоренного износа его кромки, так и из-за постеленной потери эластичности резины (старения). Поэтому при ремонте вала поверхности под сальники должны исправляться так, чтобы их биение не превышало 0,01+0,02 мм относительно оси вращения.
Следует отметить, что иногда поверхность под передний сальник образуется на шкиве или специальном кольце, устанавливаемых на хвостовик. В этом случае герметичность и ресурс сальника будет определять биение хвостовика относительно оси вращения вала в месте установки сальника. Правка вала осуществляется на прессах или специальном оборудовании. Существует несколько различных способов правки, в том числе путем приложения к валу усилия, перпендикулярного оси, растягиванием или сжатием деформированных участков вала, а также созданием наклепа на поверхности вала. Правка позволяет уменьшить деформацию вала (биение опорных шеек) обычно до 0,05+0,08 мм для последующего шлифования. Базовыми поверхностями для правки являются опорные шейки и крайние вспомогательные поверхности вала, т.е. вал после правки должен иметь минимальные взаимные биения всех указанных поверхностей. Правиться могут валы, имеющие биения опорных шеек от 0,05 мм и более (до 1,0+1,5 мм). Основным преимуществом правки является возможность исключить балансировку коленчатого вала, если последующее шлифование выполнено качественно, т.е. без смещения осей поверхностей и взаимных биений. Однако, несмотря на то, что правка является весьма эффективным средством ремонта валов, существует ряд ограничений.
Так, необходимо иметь в виду следующее:
1. Не каждый деформированный вал можно править. Так, вал, особенно чугунный, на котором обнаружены трещины, скорее всего при правке сломается. Такие валы, правда, вряд ли вообще следует ремонтировать, поскольку весьма высока вероятность поломки вала в эксплуатации после ремонта. Не следует также править ранее уже бывшие в ремонте валы, если на них обнаружены большие несоосности опорных и вспомогательных поверхностей. В таком случае будут неизвестны базовые поверхности для правки, т.е. невозможно определить, где была ранее ось вращения нового вала.
2. Результаты правки сильно зависят от квалификации специалистов, выполняющих правку, используемого способа и оборудования для правки. Не стоит править вал там, где есть риск получить вместо вала две его половины - лучше вообще обойтись без правки.
3. Некоторые способы правки приводят к возникновению внутренних напряжений в материале вала. Не исключено, что после непродолжительной работы вследствие нагрева и рабочих нагрузок вал может деформироваться. Чтобы этого не произошло, вал следует термообработать для снятия остаточных напряжений. Термообработка вала может быть выполнена в печи при температуре порядка 180°С с выдержкой 3+4 часа и охлаждении с печью. После термообработки необходимо проверить и при необходимости устранить деформацию вала.
4. Большинство способов наварки (наплавки, напыления) изношенных поверхностей вызывают деформацию вала, иногда весьма значительную. Чем сильнее разогревается вал при наплавке, тем больше остаточная деформация. Поэтому не исключено, что после некоторых способов наплавки (наварки) вал следует править и термообрабатывать. Возможны и альтернативные режимы по технологии ремонта, в частности, правка в зависимости от способа наварки может быть сделана как до, так и после наварки. Остановимся более подробно на способах нанесения металлов на изношенные поверхности валов. Следует отметить, что вообще любое нанесение металла на изношенную поверхность является крайней мерой, когда другие способы ремонта исчерпаны. Например, не следует «варить» весь вал только для того, чтобы использовать стандартные вкладыши подшипников - в большинстве случаев можно найти ремонтные вкладыши нужного размера. Другое дело, когда 1 +2 шейки вала имеют очень большие износы. В таком случае целесообразно наваривать (наплавлять) только эти шейки, а затем весь вал обрабатывать в следующий ремонтный размер, ориентируясь на малоизношенные поверхности. И, наконец, если вал уже имеет большое ремонтное уменьшение шеек, то только в этом случае его можно наваривать целиком до стандартного или первого ремонтного размера. Наиболее известными способами восстановления изношенных поверхностей валов являются напыление, наплавка и наварка различных металлов. Практически все способы напыления, наплавки и наварки валов производятся на специальных установках, обеспечивающих постоянную скорость вращения вала, а также смещение оси вращения вала (для восстановления шатунных шеек коленчатых валов). Этим требованиям обычно удовлетворяют токарные станки, на которые устанавливается специальное сварочное оборудование. Плазменное напыление - довольно хорошо известный и освоенный способ восстановления валов. Его суть сводится к переносу металла (обычно используется специальный порошок) от анода к детали через ускоряющий катод. Электрическая дуга между анодом и катодом нагревает и превращает рабочее тело установки (обычно это аргон) в плазму с температурой в несколько десятков тысяч градусов. Выходя из сопла установки с большой скоростью, плазма захватывает подаваемые в камеру установки (плазмотрон) частицы порошка, которые приобретают в струе большую скорость и температуру. При попадании на поверхность детали расплавившиеся в струе частицы порошка сцепляются с поверхностью, застывают и образуют покрытие. Очевидно, что в процессе нанесения покрытия деталь нагревается и тем сильнее, чем больше толщина покрытия. Местный перегрев деталей типа коленчатых и распределительных валов, как правило, приводит к их деформации, причем чем "тоньше" вал, тем больше деформация. Другим, еще более серьезным недостатком плазменного напыления является существенная разница между напыленным металлом (никель, титан и др.) и основным металлом вала (чугун, сталь). Для нанесения покрытия обычно требуется "занижение" (предварительная обработка) поверхности, а это снижает прочность вала.
Кроме всего прочего, напылённые металлы обычно плохо обрабатываются шлифованием - шлифовальный круг "засаливается", его необходимо часто править, а качество шлифованной поверхности снижается. Повторное восстановление вала также затруднено, поскольку обычно требуется снимать напылённый ранее слой до основного металла. Другой вариант напыления - когда нагрев порошка происходит в струе пламени ацетилено-кислородной горелки. Частицы порошка расплавляются и, попадая на деталь, образуют покрытие. Данный способ достаточно прост, но обладает всеми недостатками предыдущего. Мелкие расплавленные частицы металла могут быть образованы и при подаче сжатого газа через электрическую дугу, зажигаемую между специальными проволочными электродами. Помимо недостатков описанных выше способов напыления данный способ не даёт высокой прочности сцепления покрытия с деталью. Наблюдается также выгорание легирующих элементов напыляемого металла. Однако в отличие от предыдущих способов здесь может быть использована проволока из легированных сталей, т.е. покрытие по своему составу не будет сильно отличаться от материала детали. Таким образом, различные способы напыления обладают следующими достоинствами и недостатками: имеют достаточно высокую производительность; позволяют наносить достаточно толстые (до 1,0+1,5 мм) покрытия; дают местный перегрев и деформацию валов; требуют предварительной обработки восстанавливаемых поверхностей; не всегда удается получить высокую прочность сцепления покрытия с деталью; материал покрытия существенно отличается от основного металла, нередко имеет нежелательные свойства и не всегда хорошо обрабатывается.
Исключить некоторые недостатки напыления, в частности, связанные с материалом покрытия и прочностью его сцепления с валом, позволяют различные способы наплавки. Суть наплавки заключена в переносе металла проволоки на восстанавливаемую деталь при горении электрической дуги. При восстановлении валов могут быть использованы дуговая и вибродуговая наплавка, а также наплавка под слоем флюса. Дуговая наплавка проводится порошковой проволокой, содержащей легирующие добавки, обеспечивающие с одной стороны, высокие механические свойства покрытия (твердость и прочность сцепления), а с другой - защиту металла от окисления при сварке. Основным недостатком этого способа является сильный нагрев и деформация вала. В то же время - это один из самых простых способов наплавки. Наплавка под слоем флюса значительно более сложная как по подготовке поверхности, так и по самой технологии наплавки. Слой флюса, образующийся на поверхности, препятствует окислению металла и выгоранию легирующих элементов, поэтому здесь можно применять, например, стальную высокоуглеродистую легированную проволоку, обеспечивающую высокие механические свойства покрытия. Однако сильный нагрев вала также является существенным недостатком данного способа, практически не позволяющим использовать его для валов двигателей легковых автомобилей. Устранить перегрев вала позволяет вибродуговая наплавка. В этом случае сварочное приспособление, подающее проволоку, имеет специальный механизм, создающий колебания сварочной проволоки. Перенос металла с проволоки на деталь осуществляется за счет чередования электрической дуги (нагрев) и короткого замыкания.
Данный способ позволяет осуществить подачу охлаждающей жидкости в зону наплавки. Охлаждение существенно снижает температуру и деформацию вала. Практика восстановления различных валов двигателей легковых автомобилей показывает, что чем тоньше вал, т.е. меньше диаметры его шеек, тем более строгие требования к его перегреву. Поэтому большинство описанных выше способов, за исключением последних, могут иметь весьма ограниченное применение. Таким образом, наилучшие результаты дают способы наплавки с жидкостным охлаждением, подаваемым в зону сварки. Одним из наиболее удачных среди них является наварка ленты на вал. Данный способ аналогичен широко известной роликовой сварке. Навариваемая лента прижимается к валу медными роликами. В месте контакта ленты с валом при прохождении электрического тока в несколько тысяч ампер происходит расплавление металла с его одновременным пластическим деформированием за счет прижатия роликом ленты к валу. Данный метод допускает подачу большого количества охлаждающей жидкости в зону сварки. В результате металл ленты, привариваясь к валу, закаливается и приобретает высокую твердость. Лента для наварки может быть как стальная, так и специальная — порошковая. Практика показала, что порошковая лента здесь не дает каких-либо ощутимых улучшений качества процесса, например, таких, как увеличенные толщина слоя, прочность сцепления с валом, твердость и износостойкость наваренной поверхности. Поэтому использование дешевой стальной ленты более оправдано. Толщина навариваемой ленты - около 0,5 мм. Способ допускает наварку последовательно двух-трех слоев ленты. Большее число слоев (всего не более 5 6) может быть наварено с промежуточным шлифованием и низким отпуском вала для снятия напряжений; в противном случае не исключено появление трещин и отслоений ленты. Обычно при толщине ленты 0,5 мм удается "поднять" диаметр на 0,25+0,30 мм при одном слое наварки. Это связано с неровной поверхностью шейки после наварки, из-за чего после шлифования в больший размер на поверхности могут остаться точечные дефекты - раковины. У отверстий для смазки обычно происходит уменьшение слоя металла - металл как бы «проваливается» в отверстия. Для того, чтобы у отверстий поверхность после шлифования была ровной (без раковин), иногда приходится увеличивать количество слоев наварки. После наварки отверстия засверливают сверлом с твердосплавными пластинками. Необходимо полностью очистить края отверстия от наваренного металла, т.к. он имеет свойство крошиться. В отличие от других способов ремонта валов данный способ наварки ленты обладает следующими преимуществами: не происходит деформации вала (или она мала) за счет непрерывного его охлаждения; допускается повторная наварка по ранее уже наваренной поверхности; возможно увеличение диаметра шейки вала на 2,0+2,5 мм без его существенной деформации; достигается высокая твердость восстановленной поверхности (HRC более 50+55); возможность наварки валов малого диаметра (20+30 мм и даже менее); возможность наварки валов, имеющих большие биения, эксцентриситеты и другие отклонения формы восстанавливаемых поверхностей; возможность местной подварки сильно деформированных участков шейки, например, вмятин от удара шатуна. Таким образом, любой, даже самый лучший из указанных способов, следует применять с осторожностью и только там. где в этом действительно есть необходимость. Следует отметить, что при восстановлении шеек валов, имеющих радиусные переходы, от поверхности шейки к щеке (галтели), не стоит варить шейку на всю ширину, закрывая галтели. Вполне достаточно наносить слой металла, не доходя до торцов 1+2 мм, если это позволяет выбранный способ наварки (наплавки). Галтели являются концентраторами напряжений, а после заварки шейки на всю её ширину в сечениях у галтелей могут появиться остаточные напряжения. В дальнейшем это может привести к поломке вала по восстановленной поверхности. Следовательно, наварка металла у галтелей не увеличивает, а уменьшает прочность вала. Наиболее важно при выборе способов ремонта и восстановления валов обеспечить их надежность в эксплуатации после ремонта. Практика показывает, что при сильных повреждениях валов, связанных с расплавлением вкладышей или втулок подшипников, возможно появление микротрещин на поверхности, которые затем после ремонта развиваются в макротрещины, в результате чего вал разрушается. Как показывает опыт работы с различными валами большого количества двигателей, трещины могут возникать как например, ISUZU) имеют повышенную склонность к образованию трещин - после шлифования вала иногда их удается найти даже без применения специальных приборов.
При восстановлении поверхности шейки различными рассмотренными выше способами (напыление, наплавка, наварка) поверхность испытывает термомеханическое воздействие, близкое к описанному при разрушении подшипника - разогрев с последующим охлаждением и появлением больших остаточных напряжений. Это также может стать причиной появления и развития трещин с последующим разрушением вала. Разрушение вала происходит обычно при пробеге 3+10 тыс. км после ремонта (однако известны случаи поломок и после пробега 18 тыс. км) и нередко имеет усталостный характер. Металлографические исследования излома показывают, что усталостная трещина чаще всего начинает развиваться у края шейки вблизи границы действия на вал ударных и тепловых нагрузок со стороны подшипника.
Поскольку поломке подвержены валы как после восстановления шеек наваркой (наплавкой), так и без нее, то далеко не всегда, даже после специальных исследований удается сделать однозначное заключение о причинах конкретной поломки - из-за применения того или иного способа восстановления или из-за повреждения вала в эксплуатации перед ремонтом. Тем не менее, имеющиеся данные, особенно по коленчатым валам многих дизелей, свидетельствуют о том, что вероятность поломки вала после наварки (наплавки) возрастает. Поэтому ремонт шеек валов с применением описанных выше способов восстановления является крайней мерой, например, когда другого пути нет (отсутствует возможность приобрести новый вал, вкладыши последних ремонтных размеров и т.п). Несколько снизить опасность поломки позволяет предварительная обработка шеек перед восстановлением, так как снимается дефектный подкаленный слой металла. Наиболее вероятна поломка валов после наварки (наплавки) следующих поверхностей: шатунные шейки коленчатых валов; опорные шейки распределительных валов, если их диаметр меньше диаметра "тела" вала. В то же время не известны случаи поломки после восстановления: коренных шеек коленчатых валов; хвостовиков коленчатых валов; опорных шеек распределительных валов, если их диаметр больше диаметра кулачков. Указанные особенности поведения валов после ремонта следует обязательно учитывать перед выбором способа ремонта, чтобы не допустить существенного снижения надежности отремонтированного двигателя.
Рассмотрим теперь, как может быть отремонтирован вал, имеющий довольно значительные биения, если нет возможности его правки. Установленный в центрах вал проверяется индикатором на биение у краев хвостовика - посадочного места шкива или звёздочки привода. Здесь возможны два принципиально различных варианта: 1) разность биений (если края хвостовика "бьют" в одну сторону) или их сумма (если в разные) не превышает 0,05 мм. В этом случае осуществляется исправление передней центровой фаски вала так, чтобы на краях хвостовика биения не превышали 0,02+0,03 мм, но были направлены в разные стороны. Для этого по индикатору находится положение максимального биения в середине хвостовика. Далее с помощью абразивной пасты центровая фаска притирается до биения середины хвостовика, близкого к нулю. Тогда максимальное биение поверхности хвостовика уменьшается до уровня 0,02+0,03 мм; 2) разность биений краев хвостовика больше 0,05 мм.
В этом случае производится притирка центровой фаски переднего конца вала по минимальному биению не хвостовика, а обычно первой опорной шейки. Данный способ позволяет несколько уменьшить дисбаланс деформированного вала за счет уменьшения биений. Разновидностью способа является притирка переднего центра на равенство, но противоположность направления биений первой и средней шеек. Такой способ целесообразно использовать только на сильно деформированных коленчатых валах, имеющих биение средней шейки в центрах более 0,4+0,5 мм. Суть способа заключается в образовании новой оси вращения, заданной центрами, и проходящей через оси последней и второй (а не первой) опорной шейки. Все варианты с биением хвостовика более 0,05 мм предполагают в обязательном порядке наплавку (наварку) споя металла на поверхности хвостовика, поскольку хвостовик получает после притирки переднего центра дополнительное биение 0,08+0,60 мм. В результате удается не только значительно снизить дисбаланс вала, но и уменьшить съем металла с шеек (ремонтное уменьшение размера). Так, при начальном биении в центрах средних шеек порядка 1,2 мм данным способом можно обеспечить уменьшение диаметра шеек только на 0,75 мм. Очевидно, что без исправления центровой фаски уменьшение диаметра шеек должно быть по величине не меньше биения. Однако данная технология не может быть применена для валов, имеющих специальные поверхности (устройства) для привода агрегатов. Так, если на хвостовике есть, например, шлицы для привода маслонасоса, то исправление передней центровой фаски необходимо обеспечить из условия минимального биения у шлицев. Для валов с шестерней привода агрегатов любой ремонт вала должен обеспечивать отсутствие перекосов и биения на шестерне.

Фактически это означает, что без применения правки такой вал, если он деформирован, отремонтировать нельзя. Биение шестерни, если оно останется, приведет к быстрому износу и, возможно, разрушению ответных деталей. Помимо этого, при ремонте деформированных валов без применения правки необходимо выполнить целый ряд дополнительных операций:
1) обработать "как чисто" все торцевые поверхности вала, сопряженные с ответными деталями;
2) прошлифовать наваренный минимальным слоем металла хвостовик от новой базы в прежний размер;
3) обработать все опорные поверхности в ремонтный размер (не исключено, что при сильной деформации придется предварительно наварить шейки с максимальным биением);
4) обработать от новой базы все другие поверхности вращения вала (шатунные шейки у коленчатых валов, кулачки у распределительных валов и т.д.);
5) отбалансировать вал (только для коленчатых валов).
Таким образом, ремонт деформированных валов без применения правки оказывается существенно сложнее, поскольку требует большого числа дополнительных операций. Более подробно конкретные особенности ремонта валов изложены ниже в соответствующих разделах. Шлифование всех поверхностей любого вала, расположенных по оси его вращения, должно выполняться только в центрах. Если при шлифовании опорных или коренных шеек вала двигателя легкового автомобиля для его установки в шлифовальном станке используются кулачковые патроны - это гарантирует 100%-ный брак. Во-первых, при сжатии вала патронами возникает предварительная деформация, из-за чего после шлифования опорных шеек и снятия со станка вал будет иметь недопустимое биение шеек (чем тоньше вал, тем оно больше).
Во-вторых, применение патронов требует специального выставления вала в станке, т.е. обеспечения минимального биения поверхностей вала, расположенных около патронов. Практика показывает, что в патронах сделать это не так просто, в то время как в центрах легко обеспечить биение у краев вала менее 0,015+0,020 мм. Как исключение, в некоторых случаях допускается установка вала с одной стороны в патроне, а с другой - в центре. После шлифования шеек вала их необходимо попировать. Поверхности шеек после шлифования не имеют, как правило, необходимого качества поверхности, а это дает повышенный износ вкладышей или втулок подшипников в процессе первоначальной приработки. Кроме того, смазочные отверстия, выходящие на поверхность шейки, после шлифования обычно имеют острые края и могут повредить мягкий материал вкладыша. Полирование (доводка) шеек вала после ремонта может быть выполнено различными способами. Общим для них является использование мелкого абразивного полотна с зернистостью 2+5 мкм, закрепляемого на специальном приспособлении, или абразивной пасты. Один из простейших вариантов такого приспособления представляет собой специальные щипцы с длинными ручками и узкими (шириной 20 мм) деревянными башмаками, на внутреннюю радиусную поверхность которых наклеен толстый (5+10 мм) слой войлока. Абразивное полотно смазывается маслом и зажимается щипцами между войлоком и шейкой вала, после чего вращением вала в течение нескольких минут осуществляется доводка шейки.
Для доводки валов с диаметрами шеек от 40 до 70 мм достаточно 4+5 комплектов башмаков различного радиуса, т.к. толстый слой войлока на башмаке обеспечивает хорошее прилегание к шейке в некотором диапазоне её диаметров. При доводке шеек необходимо обеспечить минимальный съем металла (несколько микрон). Качество доводки поверхности легко проверяется с помощью кусочка меди - если провести им по хорошо отполированной шейке, то на ее поверхности не должно остаться следа. Ремонт любого вала должен заканчиваться контролем всех размеров и биений, причем этот контроль необходимо проводить с особой тщательностью. Неполный (или недобросовестный) контроль отремонтированного вала может значительно снизить качество ремонта всего двигателя в целом и надежность его работы в эксплуатации. Измерения вала при окончательном контроле выполняются аналогично описанным выше операциям по его дефектации.
 
9.4. Ремонт деталей кривошипно-шатунного механизма
 
Кривошипно-шатунный механизм является основой поршневого двигателя внутреннего сгорания. С одной стороны, неисправности КШМ, если не сразу, то достаточно быстро приводят к выходу из строя двигателя, с другой, при ремонте двигателя именно КШМ требует наибольшей точности и аккуратности. Основными деталями механизма являются коленчатый вал, шатуны и вкладыши подшипников. Технологии ремонта или замены этих деталей приведены ниже.
 
9.4.1. Ремонт коленчатого вала
 
При ремонте коленчатого вала следует придерживаться той же технологической цепочки, что и вообще для большинства валов двигателей. Однако коленчатые валы, в отличие от других валов, имеют определенные особенности. Существенное влияние на технологию ремонта оказывает наличие шатунных шеек, а также то, что вкладыши подшипников имеют несколько ремонтных размеров (обычно втулки или вкладыши подшипников распределительных и вспомогательных валов имеют только стандартные размеры).
При ремонте коленчатых валов необходимо обеспечить следующие основные требования: 1. Малое взаимное биение коренных шеек (менее 0,010+0,015 мм).
2. Малое биение вспомогательных поверхностей (сальники, хвостовик, торцы) относительно коренных шеек (менее 0,02+0,03 мм).
3. Минимальную эллипсность шеек (менее 0,005 мм).
4. Галтели на краях шеек с радиусом не менее того, который был у нового вала.
5. Параллельность осей шатунных и коренных шеек (непараллельность не более 0,1 мм на 1 м).
6. Уравновешенность коленчатого вала после ремонта.
7. Одинаковый радиус кривошипа на всех шатунных шейках.
8. Общую ось шатунных шеек, расположенных попарно (отсутствие скручивания вала). Первые шесть требований являются строго обязательными и определяют качество ремонта и ресурс коленчатого вала и всего двигателя в целом. Последние два требования являются желательными - их выполнение дополнительно обеспечивает плавность работы двигателя из-за равномерной работы всех цилиндров. Однако после сильных повреждений вала это не всегда удается. Ремонт коленчатого вала, как и любого другого, должен начинаться с дефектации и подготовки к ремонту. Для этого необходимо определить ремонтные размеры шеек и других поверхностей, шейки, которые следует восстанавливать, а также проверить, и, если нужно, поправить базовые центровые фаски вала. При дефектации коленчатых валов особое внимание следует обратить на деформацию (взаимное биение) коренных шеек, поскольку от этого зависит технология ремонта вала. Так, при биении свыше 0,08+0,10 мм уже имеет значение, будет, правиться вал или нет. Если в технологической цепочке предусмотрена и правка и наварка, то необходимо ориентироваться на используемый способ наварки (наплавки) - для способов восстановления с применением охлаждающей жидкости правка может предшествовать наварке шеек. Однако деформация, в основном, возникает при восстановлении шатунных шеек.
Поэтому возможна другая последовательность операций:
1. Наварка (наплавка) шатунных шеек.
2. Правка.
3. Наварка (наплавка) коренных шеек.
Наварка коренных шеек одновременно с шатунными исключает правку, т.к. коренные шейки после наварки не могут быть использованы как базовые для правки. Величина взаимного биения коренных шеек порядка 0,08+0,10 мм является граничной с точки зрения технологической цепочки: при меньшем биении вал необязательно править и балансировать. При большем биении его следует править так, чтобы биение коренных шеек после правки не превышало указанной выше величины. При этом балансировка вала не потребуется. Если же вал не правится, либо правкой не удалось добиться биения менее 0,1 мм, то балансировка обязательна. В противном случае не исключено, что двигатель будет иметь после ремонта повышенную вибрацию. В этой связи следует отметить, что правка особенно важна для валов V-образных двигателей, для которых динамическая балансировка нецелесообразна из-за очень высокой сложности, а статическая балансировка не дает необходимой точности (см. ниже). Рассмотрим теперь, как определить ремонтные размеры шеек вала. При этом следует иметь в виду, что для подавляющего большинства двигателей, выпускаемых не менее пяти лет, можно найти вкладыши подшипников коленчатого вала с ремонтным уменьшением 0,25 и 0,50 мм. Для более старых двигателей часто имеются ремонтные размеры 0,75 мм, реже - 1,0 мм. Вкладыши следующих ремонтных размеров (1,25 и 1,50) встречаются редко. Для относительно новых двигателей вкладыши некоторых ремонтных размеров (обычно 0,25 и 0,50 мм) могут поставляться в запасные части от фирм-производителей автомобилей. Перед определением ремонтного размера шеек коленчатого вала конкретного двигателя желательно располагать информацией о том, какие ремонтные вкладыши существуют и могут быть приобретены.
Поэтому, например, не следует шлифовать вал в какой-либо ремонтный размер до момента получения (приобретения) необходимых вкладышей. Учитывая, что все способы восстановления коленчатых валов уменьшают надежность их работы, желательно шлифовать вал в один из существующих ремонтных размеров, даже если этот размер соответствует последним ремонтам - 0,75 мм, 1,0 мм и более. К восстановлению шеек следует прибегать только при таких износах, когда последний ремонтный размер уже не проходит, а другого (в том числе, нового) вала приобрести не удается. Если наварка (наплавка) вала является единственным выходом из положения, то "поднимать" размер изношенной шейки желательно до первых двух ремонтов - 0,25 мм или 0,50 мм. С точки зрения надежности вала не имеет значения слой наварки (наплавки) - известны как случаи поломки валов после одного слоя наварки толщиной 0,05+0,10 мм, так и надежно работающие валы со слоем наварки на шейках более 1 мм. Рассматривая возможные способы ремонта вала, следует также иметь в виду расположение сильно поврежденной шатунной шейки на валу. Например, шатунная шейка последнего цилиндра испытывает нагрузки от крутящего момента всех цилиндров, в то время как первая шейка - только от первого. Однако характер этих нагрузок существенно различен. Так, если на последней шейке крутящий момент больше по величине, но и более сглажен, то на первой шейке он существенно неравномерен по углу поворота вала. Поэтому с точки зрения усталостной прочности нагрузки на первой шейке могут быть даже более опасны. Этим можно объяснить и тот факт, что поломка валов после ремонта по первой шатунной шейке встречается более часто. Определение ремонтных размеров малоизношенного (не более 0,1 мм) и недеформированного вала не представляет большого труда. При наличии справочной литературы или руководства для ремонта нетрудно найти стандартные размеры шеек (см. также Приложение 1). Далее из указанного размера вычитается ремонтное уменьшение (0,25: 0,50 и т.д.), в результате чего получается необходимый ремонтный размер. В американской литературе размеры задаются в дюймах (1 дюйм равен 25,4 мм), поэтому ремонтные уменьшения имеют следующий ряд: 0,010 - 0.020 - 0,030 - и т.д. Используется также сокращенное обозначение, например, -10, -20, -30 или -010, -020, -030 и т.д. Если размеры даны в миллиметрах, то рядом с числовым значением размера всегда ставится мм., если в дюймах - то никаких обозначений дюйма не дается (иногда ставятся буквы US). Ремонтное уменьшение величиной 0,010 в дюймах равно 0,254 мм - при этом отличие в 4 мкм от принятой в Европе и Азии величины 0,25 мм можно учитывать только для больших ремонтных уменьшений - 0,75 мм (0,030) и более. В практике ремонта двигателей иностранных автомобилей нередки случаи, когда литература по конкретному двигателю отсутствует (это возможно, например, для новых или редких моделей автомобилей). В этом случае определить ремонтные размеры коленчатого вала можно несколькими способами. Наиболее простой способ - установить ремонтные вкладыши в опору (постель) и затянуть крышку. Далее нутромером необходимо измерить внутренний диаметр подшипника в нескольких плоскостях. Отклонение от цилиндрической формы не должно превышать 0,02+0,03 мм, в противном случае надо снять вкладыши и проверить геометрию постели - не исключено, что есть деформация. Зазор в подшипниках - величина, наиболее сильно влияющая на весь результат ремонта.
Так, при зазоре более 0,07+0,09 мм увеличивается шум двигателя, может несколько упасть давление масла, что снизит ресурс. В то же время зазор менее 0,03 мм становится опасен задирами и заклиниванием подшипника. Кроме того, меньший зазор требует высокой точности обработки постели, в то время как после длительной работы и, особенно, после непродолжительного перегрева, геометрия постели уже не будет идеальной. Вследствие этого не следует стремиться к очень малым зазорам. Другой способ определения ремонтного размера шейки предполагает последовательное измерение сопряженных деталей. Измеряется диаметр постели нутромером. Затем с помощью микрометра и шарика подшипника определяется толщина вкладыша. При этом следует учитывать отклонения формы постели - зазор нигде не должен быть меньше 0,03 мм. Следует отметить, что при измерениях постелей подшипников нередко оказывается, что их размер превышает указанный в литературе максимальный на 0,02 или даже на 0,03 мм. Для шатунов это может быть исправлено обработкой отверстия постели, в то время как обработка постелей коренных вкладышей без специализированного оборудования проблематична. Небольшая их деформация может быть компенсирована соответствующим незначительным увеличением диаметра вала. В любом случае все изменения размеров должны выполняться только после тщательных измерений, чтобы избежать ошибок, приводящих к недопустимому уменьшению зазоров в подшипниках. Для сильно изношенных валов (износ шеек более 0,10+0,15 мм) определение ремонтного уменьшения диаметра шеек имеет особенности. Если вал недеформирован или правился, то основное внимание должно быть уделено шатунным шейкам. Так, максимально возможный ремонтный диаметр зависит от износа и овальности шейки.
Практика показывает, что сильно изношенные шейки всегда овальны, причем максимальный износ наблюдается в направлении, близком к радиусу кривошипа даже если, например, максимальный износ шейки 0,15 мм, а овальность 0,1 мм, то шейка вала вряд пи пройдет в ремонтное уменьшение 0,25 мм. Биение коренных шеек вала еще больше усложняет подбор ремонтных размеров для шатунных шеек, исходя из условия сохранения хода поршня. Кроме того, после длительной эксплуатации двигателя и, особенно, серьезных повреждений шатунных шеек вал может иметь остаточное скручивание, когда, например, оси попарно расположенных шатунных шеек не совпадают. Чем сильнее износ и эллипсность шатунных шеек и чем меньше припуск на шлифование, тем, очевидно, сложнее обеспечить равенство радиусов кривошипа и общую ось парных шеек. На практике эти требования часто удается выполнить только при неоправданно больших ремонтных уменьшениях диаметров, а в некоторых случаях не удается вообще. При сильном износе шатунной шейки и минимальном припуске на шлифование нередко приходится переходить на новую ось шейки, смещенную относительно старой на меньший радиус на величину, близкую к половине эллипса. Обычно эта величина не превышает 0,1+0,3 мм, что является допустимым для всех типов двигателей легковых автомобилей (включая дизельные). Смещение более 0,3+0,5 мм может быть нежелательно для дизелей, где это вызывает заметное снижение степени сжатия. Поэтому во всех случаях, когда обеспечить одинаковые радиусы кривошипов невозможно, следует стремиться к минимальной их разнице. Вследствие деформации вала происходит увод осей шатунных шеек на различное расстояние от оси вращения вала. В результате деформации вала оси крайних шатунных шеек слабо отклоняются от своих прежних радиусов, в то время как оси средних шеек переходят на новые радиусы вращения, если эти шейки находятся в плоскости деформации вала или рядом с ней (±30+40°). Шатунные шейки, расположенные в плоскостях, перпендикулярных плоскости деформации вала, смещаются в окружном направлении. Элементарный расчет показывает, что даже при не очень большом повреждении шатунной шейки из-за разрушения шатунного подшипника использовать ремонтное уменьшение - 0,25 мм оказывается проблематично.
Однако при оценке ремонтного уменьшения диаметров шеек необходимо ориентироваться в первую очередь на минимальный съем металла, а условия равенства радиусов кривошипов или общая ось попарно расположенных шеек второстепенны, но весьма желательны, особенно с точки зрения уравновешенности вала. Если деформированный вал не правится, то часто наблюдается следующая картина. После разрушения крайнего шатунного подшипника образуется деформация вала у этой шейки в плоскости вала. Поскольку износ шейки имеет односторонний характер (сверху), он частично компенсируется биением. В то же время биение средних шеек может оказаться таким, что уже именно они будут определять ремонтное уменьшение размера. У валов шести и восьмицилиндровых двигателей наблюдается более сложная картина, поскольку их шатунные шейки не лежат в одной плоскости. Таким образом, ремонт деформированных валов без применения правки представляет собой достаточно сложную техническую задачу. В зависимости от деформации (биения) вала способы ремонта будут следующими: 1) биение до 0,08+0,10 мм - традиционный ремонт - шлифование всех шеек в ремонтный размер 0,25 или 0,50 мм, возможно исправление передней центровой фаски; 2) биение 0,10+0,20 мм - шлифование в ремонтный размер 0,25+0,50 мм, возможна наварка (наплавка) хвостовика и шлифовка от новой базы, не исключена необходимость шлифования торцевых поверхностей вала, балансировка; 3) биение 0,20+0,40 мм и более - аналогично, но ремонтный размер шеек вала -0,50 мм или больше, возможна наварка (наплавка) коренных шеек с биением более 0,40 мм, обязательны наварка хвостовика, шлифование торцевых поверхностей, балансировка. У многих двигателей на коленчатых валах применяются фланцевые коренные вкладыши, выполненные за одно целое с упорными полукольцами. В ремонт такие вкладыши нередко поставляются с увеличенным расстоянием между торцами (для некоторых двигателей есть варианты как с увеличенной, так и со стандартной шириной), что предполагает шлифование торцевых поверхностей соответствующей коренной шейки вала. Обычно увеличение размера между торцами в два раза меньше, чем уменьшение диаметра, например, для вкладышей 0,25 мм торцевой размер увеличивается на 0,10+0,15 мм, а для 0,5 мм - на 0,20+0,25 мм.
Для двигателей с упорными полукольцами, выполненными отдельно от коренных вкладышей, упорные полукольца не входят в ремонтный комплект и должны быть заказаны отдельно. Для некоторых двигателей поставляются также упорные полукольца увеличенной толщины. Ремонтное увеличение толщины упорных подшипников обеспечивает возможность исправления биения, круговых рисок и царапин на опорных поверхностях вала при его ремонте. В практике ремонта встречаются ситуации очень большого износа задней поверхности упорного подшипника коленчатого вала (более 0,8+1,0 мм). Обычно это является следствием недостаточной смазки при сильной нагрузке на упорный подшипник со стороны сцепления. Одним из немногих возможных способов ремонта вала с таким повреждением является растачивание торца на токарном станке. После токарной обработки упорная поверхность полируется. Далее в расточку вставляются дополнительные полукольца, после чего вал с полукольцами устанавливается в блок. В данном варианте ремонта дополнительные "плавающие" полукольца позволяют использовать обычные вкладыши с фланцами или двойные стандартной толщины полукольца на расточенном упорном торце коленчатого вала, не прибегая к специальным нестандартным полукольцам увеличенной толщины. Валы двигателей MERCEDES-BENZ модели М110 имеют на передней щеке коленчатого вала дополнительный противовес, закрепленный на валу с помощью стальных заклепок. Перед ремонтом такого вала необходимо высверлить заклепки и снять противовес, поскольку он мешает подвести шлифованный круг к первой шатунной шейке. После ремонта вала противовес должен быть установлен на место на новых заклепках, выполненных из мягкой стали (например, из стали 20). Коленчатые валы с сильно изношенными и перегретыми шейками, как правило, имеют деформацию по этим шейкам, что накладывает определенные ограничения на технологию их ремонта. Практика показывает, что после шлифования поврежденных шеек коленчатый вал может с течением времени деформироваться, вследствие чего взаимное биение коренных увеличится в несколько раз. Нагрев вала при работе двигателя в таких случаях может вызвать дополнительную деформацию.
Указанный эффект возникает из-за напряжений в поверхностном слое шейки из-за неравномерного нагрева и охлаждения и ударных нагрузок при разрушении подшипника. При шлифовании происходит изменение величины и перераспределение напряжений в материале шейки, что и приводит к постеленной деформации вала, значительно снижающей качество ремонта. Чтобы исключить или максимально ограничить деформацию вала после ремонта, рекомендуются следующие операции: 1. Предварительная термообработка перед шлифованием - выдержка при 180°С в течение 3+4 часов с медленным охлаждением. 2. Шлифование коренных шеек только после шлифования шатунных. 3. Термообработка после шлифования шатунных шеек перед шлифованием коренных. Очевидно, выполнение подобных операций сопряжено с большими затратами времени и необходимостью применения специального термического оборудования. Поскольку это не всегда реально сделать, можно упростить технологию ремонта, применив специальный порядок шлифования вала: 1. Предварительное шлифование коренных шеек ("как чисто", но с припуском не менее 0,1 мм для окончательной обработки). 2. Шлифование шатунных шеек. 3. Выдержка в течение нескольких часов, контроль деформации вала (на призмах по индикатору). 4. Окончательное шлифование коренных шеек. Предварительное шлифование коренных шеек необходимо также и по другой причине. Так, если вал деформирован, то после предварительного шлифования коренных шеек и вспомогательных поверхностей они могут быть базовыми для шлифования шатунных шеек. Если данный порядок нарушен, у деформированного вала сразу шлифуются шатунные шейки, то нельзя обеспечить параллельности их осей и оси коренных шеек (нет базы). Очевидно, у равномерно изношенных валов описанный порядок ремонта необязателен - можно сразу шлифовать шатунные шейки. В то же время шлифовать коренные шейки в окончательный размер перед шатунными не рекомендуется. При шлифовании поверхностей слой металла испытывает термосиловое воздействие от абразивного круга, что может стать причиной деформации вала по коренным шейкам. И хотя эта деформация мала (не более 0,01+0,02 мм), качество ремонта будет снижено. Шатунные шейки шлифуются в специализированных станках для шлифования коленчатых валов. Такие станки имеют центросместительные приспособления с патронами, позволяющие сместить ось коренных шеек от оси вращения вала в станке так, чтобы эта ось вращения совпала с осью обрабатываемой шатунной шейки. При шлифовании шатунных шеек наиболее важно обеспечить параллельность их осей относительно коленчатого вала (коренных шеек). Максимально допустимой непараллельностью следует считать величину 0,1 мм на 1 м.
В этом случае на длине шатунной шейки 25 мм непараллельность составит 0,0025 мм. Непараллельность шатунных и коренных шеек определяется, с одной стороны, типом станка и его техническим состоянием, а с другой - квалификацией специалиста-шлифовщика. У многих коленчатых валов двигателей иностранных автомобилей ширина шеек мала (20+22 мм), что требует применения на станках достаточно узких шлифовальных кругов. При шлифовании не допускается касание кругом торцевых поверхностей (щек) коленчатого вала. Надо стремиться к тому, чтобы не повредить галтели - поверхности перехода от шейки к щеке. На тех валах, где нет канавок для выхода шлифовального круга, круг должен иметь радиусы не меньше, чем у галтелей. Этими требованиями пренебрегать не следует, поскольку любое повреждение галтелей может привести к усталостному разрушению вала. Как уже указывалось ранее, во избежание деформации вала (взаимного биения коренных шеек) коренные шейки должны шлифоваться только в центрах. Наибольшую точность дает шлифование в неподвижных центрах с постоянным (но регулируемым) поджимом вала одним из центров. Привод вала (вращение) обеспечивается специальным поводком. Не все специализированные станки для шлифования коленчатых валов, имеющиеся на отечественных ремонтных предприятиях, обеспечивают такие условия, поэтому для коренных шеек можно использовать универсальные круглошлифовальные станки. При сжатии центрами коленчатый вал деформируется, и тем сильнее, чем он тоньше и больше усилие сжатия. Для тонких валов усилие сжатия не должно быть большим во избежание получения недопустимого биения коренных шеек после снятия вала со станка. Проверить и/или подобрать усилие 1 сжатия можно предварительным шлифованием коренных шеек с последующей проверкой биения на призмах или в центрах, но без усилия прижатия. Данный вопрос имеет очень важное значение для обеспечения необходимого качества ремонта. В практике ремонта нередки случаи, когда после "неграмотного" шлифования в центрах длинные и тонкие валы имели биение коренных шеек на призмах 0,10+0,15 мм. а после аналогичного шлифования в патронах - даже до 0,4+0,5 мм. Это даже больше, чем обычно бывает после расплавления подшипников, обрыва шатуна и т.д. Альтернативным способом шлифования коренных шеек является шлифование с одним центром. При этом хвостовик вала устанавливается в неподвижный центр, а вал зажимается в патроне по поверхности заднего сальника.
Зажатие одной из поверхностей вала в патроне требует очень точного его выставления по минимальному биению этой поверхности (не более 0,02+0,03 мм). При этом опора с другой стороны на центр обеспечивает отсутствие деформации вала, что всегда имеет место, если обе стороны вала зажаты в патронах. Для шлифования коренных шеек необходимы различные центры, включая укороченные для коротких центровых отверстий. Очень большое значение имеет состояние центровых фасок на самом валу. Так, после неквалифицированной разборки двигателя и/или исправления центровой фаски на ее поверхности возможны различные дефекты, включая впадины, из-за чего не получается хорошего прилегания центра к фаске. Это является одной из причин появления эллипса на коренных шейках после ремонта (до 0,02+0,04 мм). Некоторые шлифовщики для установки вала в станке используют различные технологические втулки, от поверхностей которых ведут обработку коренных шеек. Это является принципиальной ошибкой - втулка всегда вносит дополнительное биение хвостовика за счет погрешности изготовления самой втулки и ее установки на вал, поэтому подобные способы всегда снижают качество ремонта вала. После шлифования коренных шеек и торцевых (упорных) поверхностей могут быть прошлифованы, если необходимо, хвостовик (если он наварен) и поверхности под сальники. Для деформированных валов это обязательно, для недеформированных следует ориентироваться на состояние и биения соответствующих поверхностей. Обычно биение более 0,02 мм требует обработки поверхностей под сальники. Это не значит, что надо шлифовать эти поверхности до тех пор, пока не исчезнут все круговые риски. На американских ремонтных предприятиях для ремонта поверхности под сальник практикуется использование тонкой стальной втулки, напрессовываемой на соответствующую поверхность вала. Этот способ имеет ограниченное применение, т.к. при улучшении качества поверхности не исправляет её биения относительно коренных шеек (если оно есть).
Следует также иметь в виду, что при недостаточной твердости материала втулка быстро изнашивается в зоне контакта с сальником, после чего уплотнение нарушается. Помимо этого, при установке втулки увеличивается диаметр уплотняемой поверхности, что также может негативно отразиться на качестве и ресурсе уплотнения. При шлифовании шеек должна быть обеспечена правильная геометрия обрабатываемой поверхности. Так, допустимые овальность и конусность любой шейки не должны быть больше 0,01 мм, однако высокое качество ремонта вала будет достигнуто, если эти характеристики не превысят 0,005 мм. Обычно недопустимые отклонения формы (в основном, овальность) появляются из-за плохого технического состояния станка (например, износ подшипников), а также из-за недостаточной квалификации шлифовщика. В частности, неправильная геометрия появляется вследствие сильного нажима круга на шейку, а также из-за возникновения вибраций вала. Качество ремонта может также снизиться при появлении "огранки" на поверхности вала вследствие, например, биения или вибрации шлифовального круга или вала.
"Огранка" на валу нежелательна, поскольку снижает ресурс подшипников, однако она может быть частично сглажена при доводке шеек. В эксплуатации встречаются случаи износа посадочной поверхности шестерен и шкива на хвостовике вследствие ослабления затяжки центрального болта (гайки). При этом нередко разбивается гнездо шпонки на хвостовике. В такой ситуации ремонт выполняется по следующей схеме: 1) растачиваются "как чисто" посадочные поверхности деталей, расположенных на хвостовике, соблюдая требования взаимного биения посадочных и рабочих поверхностей не более 0,01+0,02 мм; 2) наваривается хвостовик. Предварительно необходимо гнездо шпонки заполнить медью (сделать медную шпонку). Это позволяет получить хорошее качество поверхности около шпоночного паза, а также защитить паз от дополнительных повреждений при наварке; 3) хвостовик шлифуется в размер, обеспечивающий зазор 0,01+0,02 мм в отверстиях деталей, сидящих на нем. При этом должна быть обеспечена соосность с опорными шейками вала - взаимное биение не должно превышать 0,03 мм; 4) ударами тупого стержня выбивается медная шпонка, а края паза обрабатываются алмазным надфилем; 5) если шпоночный паз сильно поврежден, то шпонка может быть установлена на эпоксидной или иной синтетической композиции.
Вообще же при ремонте шпоночных пазов следует помнить, что в подавляющем большинстве конструкций шпонки являются установочными, а не силовыми элементами. Это значит, что шкивы, звездочки и/или шестерни устанавливаются по шпонкам, а удерживаются от проворачивания усилием затяжки болта. Доводка (полирование) шеек коленчатого вала является обязательной операцией, исключающей ускоренный износ вкладышей в период первоначальной приработки. Технология доводки описана выше. Следующий за доводкой окончательный контроль выполняется также, как и дефектация вала. Все измерения вала при окончательном контроле делаются очень тщательно. При обнаружении дефектов ремонта (повышенное биение, неправильная геометрия, невыдержанные размеры) не стоит "испытывать судьбу", пытаясь собрать двигатель. Вал с подобными дефектами однозначно должен быть переделан, поскольку от него, в основном, зависит надежность работы всего двигателя и срок его службы после ремонта.
 
9.4.2. Балансировка коленчатого вала
 
При ремонте двигателя нередко возникает необходимость балансировки коленчатого вала и сопряженных с ним деталей - маховика и муфты сцепления. Практика показывает, что это может быть связано либо с большой предварительной деформацией вала перед шлифованием, либо с некачественно проведенным ремонтом, вследствие чего посадочные поверхности для маховиков получают значительные биения относительно коренных шеек. Коленчатый вал обладает достаточно большой массой (несколько десятков кг.) и имеет высокую рабочую частоту вращения, поэтому он тщательно балансируется на заводе-изготовителе. Если при ремонте вала устраняется деформация (например, правкой) и не допускается грубых ошибок (например, несоосности коренных шеек с базовыми поверхностями), то вал в целом сохраняет уравновешенность. Напротив, шлифование деформированного вала или недостаточная квалификация шлифовщика требует последующей балансировки коленчатого вала и, возможно, маховика и муфты сцепления. В некоторых случаях необходимость балансировки коленчатого вала и присоединенных к нему деталей возникает из-за нарушения технологии разборки и сборки двигателя, а также из-за неправильной комплектации двигателя новыми запасными частями. Речь идет о двигателях, у которых коленчатый вал сбалансирован в сборе с маховиком и муфтой. Нарушение порядка установки деталей (например, их взаимное угловое смещение), а также замена одной детали из сбалансированного в сборе комплекта на другую может вызвать повышенную вибрацию двигателя.
Это существенно увеличивает шум, нагрузки на подшипники коленчатого вала и опоры двигателя, что сокращает срок службы вала, подшипников и других деталей, а также способствует быстрой утомляемости водителя (не говоря уже вообще о создании некомфортных условий в салоне автомобиля). Таким образом, применительно к ремонту двигателя балансировка позволяет при произвольном упрощении или нарушении ремонтных технологий снизить вибрацию и нагрузки, с ней связанные, до уровня нового двигателя. Неуравновешенный вал при вращении создает динамические нагрузки на опоры (подшипники), которые увеличиваются с ростом частоты вращения. На практике наиболее часто встречаются статическая и динамическая неуравновешенности коленчатого вала и присоединенных к нему деталей. Статическая неуравновешенность характеризуется тем, что главная центральная ось инерции вала (ось, при вращении вокруг которой на опорах вала не возникает динамических нагрузок) и ось вращения вала параллельны и расположены на расстоянии друг от друга. В соответствии с этим задачей балансировки является определение величины и направления (угла) дисбаланса и уменьшение дисбаланса корректировкой масс в одной плоскости. Такая балансировка называется статической и может быть проведена без вращения детали (см. ниже).
Статическая неуравновешенность характерна для дискообразных деталей, таких как вентилятор, муфта сцепления, маховик, шкив и других аналогичных деталей, у которых осевая длина значительно меньше диаметра. Эти детали чаще всего сбалансированы отдельно на заводе-изготовителе. При ремонте двигателя они вносят дополнительную неуравновешенность обычно в случае неквалифицированного ремонта (шлифования) коленчатого вала, когда посадочные поверхности на валу получают биения относительно новой оси вращения. Тогда главная центральная ось инерции присоединенных деталей уже не будет совпадать с их новой осью вращения. Характерно, что в подобных случаях устранить неуравновешенность, возникающую от этих деталей, можно только их совместной балансировкой с валом. После этого как вал, так и присоединенные детали становятся невзаимозаменяемыми. Для коленчатых валов, имеющих достаточно большую длину и сравнительно небольшой диаметр, характерна динамическая неуравновешенность, при которой главная центральная ось инерции и ось вращения перекрещиваются или пересекаются. При вращении такого вала на его опоры действуют неравные силы - в общем случае не только по величине, но и по направлению. В результате этого, помимо неуравновешенной результирующей силы, как в случае статической неуравновешенности, возникает и неуравновешенный момент. В соответствие с этим задачей балансировки таких валов будет определение величин и углов дисбалансов по крайней мере в двух плоскостях коррекции (обычно у крайних опор) и уменьшение величин дисбалансов корректировкой масс. Такая балансировка называется динамической и выполняется с вращением вала. Очевидно, что при динамической балансировке автоматически выполняется и статическая - динамически отбалансированный вал всегда оказывается отбалансированным и статически. Для высокооборотных двигателей коленчатые валы обычно балансируются на заводе-изготовителе с весьма высокой точностью. Для маховиков, шкивов, муфт сцепления, гасителей крутильных колебаний остаточный дисбаланс должен быть по крайней мере в 2+3 раза меньше. Ориентируясь на эти значения дисбалансов, нетрудно определить допустимые деформации валов, а также ошибки при их шлифовании.
Если при шлифовании биения посадочных поверхностей на валу оказываются больше, то это свидетельствует о недопустимо низком качестве ремонта вала и необходимости дополнительной балансировки вала в сборе с маховиком. Как указывалось, у коленчатого вала из-за перегрева и разрушения шатунных подшипников нередко возникает достаточно равномерная деформация, по форме близкая к параболе, причем в середине вала деформация максимальна. Тогда при шлифовании вала с серьезными повреждениями шеек оси шатунных шеек приходится смещать на разные радиусы. Иногда не слишком опытный шлифовщик допускает подобную ошибку, особенно если вал перед шлифованием имеет ощутимую деформацию. Например, радиусы противолежащих шатунных шеек нередко различаются на 0,2 мм. Если масса нижних головок шатунов составляет порядка 200 г, то нетрудно посчитать, что вал в сборе с шатунами будет иметь дополнительный дисбаланс порядка 8 гсм. Это может составлять 20+40% от дисбаланса самого коленчатого вала в сборе с маховиком и муфтой. Устранить этот вид дисбаланса, возникающий только из-за некачественного ремонта шатунных шеек, можно балансировкой вала в сборе со специальными технологическими втулками на шатунных шейках, имитирующими массу нижних головок шатунов (см. ниже). Таким образом, чем ниже качество ремонта вала, тем сложнее и дороже будут работы по его балансировке. И, наоборот, при высоком качестве ремонта балансировка, как правило, не требуется. Наиболее проста и доступна статическая балансировка валов и присоединенных к ним деталей, поскольку для этого не требуется дорогостоящее оборудование. В практике ремонта двигателей получили распространение так называемые параллельные стенды, представляющие собой закрепленные горизонтально на специальном основании две параллельные направляющие. Чаще всего направляющие выполняются в виде плоских "ножей", другие конструкции призматического и круглого сечения встречаются реже. Рабочая часть направляющих для уменьшения коэффициента трения должна быть закалена до > HRC 50 и отшлифована. Ширина рабочей поверхности направляющих для балансировки деталей двигателей легковых автомобилей должна составлять 1+3 мм, причем края поверхности должны быть закруглены (в противном случае могут повреждаться поверхности деталей, опирающиеся на направляющие). Чем тяжелее деталь, тем больше должна быть ширина рабочей поверхности. Конструкция приспособления должна обеспечивать регулировку (выверку) положения направляющих точно "в горизонт", иначе балансировка окажется достаточно грубой из-за "скатывания" балансируемой детали. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность изменения расстояния между направляющими в достаточно широких пределах.
Погрешности статической балансировки связаны с силами трения качения детали по направляющим. Если вращающий момент от силы тяжести больше момента сил трения, то деталь будет поворачиваться. Тогда погрешность (или чувствительность стенда) будет равна AD = m-rf, где m - масса детали; г - радиус опорной шейки; f - коэффициент трения, зависящий от материала и состояния поверхностей (f = 0,001). При массе вала 10 кг и радиусе шеек г = 25 мм погрешность статической балансировки составит порядка 25 г-см. Следовательно, статическая балансировка на параллельных стендах является довольно грубым способом уравновешивания деталей. Она может применяться в тех случаях, когда другие, более точные способы, недоступны. Существуют и другие приспособления для статической балансировки деталей, например, дисковые и роликовые, которые имеют несомненные преимущества перед параллельным стендом, одно из которых - отсутствие необходимости в строгой выверке. Наиболее точные балансировочные весы в практике ремонта из-за сложности их изготовления и высокой стоимости не получили широкого распространения. Рассмотрим, как на параллельном стенде может быть отбалансирован статически коленчатый вал, а также маховики и муфты сцепления, установленные на коленчатом валу.
Статическая балансировка коленчатого вала может применяться только в случаях, когда деформация вала перед шлифованием имела "плавный" характер с максимумом в середине вала, а возможности проведения динамической балансировки отсутствуют. Как уже указывалось выше, маховики и муфты, балансируемые отдельно на заводах-изготовителях, требуют балансировки на коленчатом валу только в случае, если при шлифовании коренных шеек была смещена их ось вращения. Для балансировки деталей необходимо сначала отбалансировать коленчатый вал, после чего, устанавливая детали на вал поочередно (сначала маховик, затем муфту), провести их балансировку. Предварительно необходимо сделать метки на валу и деталях, т.к. менять их взаимное угловое положение после балансировки нельзя. Статическая балансировка может быть использована и тогда, когда требуется замена, например, маховика, отбалансированного на заводе-изготовителе в сборе с коленчатым валом, а также в случаях, когда из-за неквалифицированной разборки не представляется возможным найти правильное взаимное положение снятого маховика и вала, ранее уже отбалансированных в сборе. Технология статической балансировки на параллельном стенде достаточно проста. Вал, установленный на направляющие, под действием силы тяжести перемещается (поворачивается) и останавливается. В этом положении эксцентриситет массы направлен вниз относительно оси вращения. Поэтому сверху на валу (или на балансируемой детали) закрепляются технологические грузы, масса которых подбирается из условия достижения валом состояния безразличного равновесия. Далее балансировка вала проверяется, и при необходимости корректировка масс выполняется повторно. Динамическая балансировка валов является значительно более сложным процессом, который требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации специалистов-балансировщиков. Динамическая балансировка валов обычно выполняется на универсальных балансировочных станках, обеспечивающих: привод вала и вращение его с постоянной частотой (обычно в диапазоне 8+60 с 1 ) ; измерение параметров, позволяющих определить конкретные места корректировки массы вала. Универсальность станка позволяет балансировать валы, имеющие широкий диапазон габаритных размеров и масс.
Обычно балансировочные станки имеют ленточный (ременный) привод вала. Вал в станке вращается в двух специальных опорах, конструкция которых позволяет измерять силы, действующие на опоры со стороны балансируемого вала, а также направление действия этих сил. Эти данные используются для определения мест корректировки массы. Динамическая балансировка вала проводится в двух плоскостях, расположенных обычно у крайних его опор. Чтобы правильно выполнить балансировку, иногда следует знать, что произошло с валом, каковы были деформация и ее направление перед шлифованием. Рассмотрим этот вопрос более подробно. Если вал перед шлифованием имел большую деформацию, например, биение 0,4 мм, то. как уже было указано выше, деформация по длине вала обычно равномерна с максимумом вблизи середины вала. Тогда вал массой 20 кг получает эксцентриситет массы порядка е с т = 0.13 мм. Несложно рассчитать, что при частоте вращения п = 6000 мин"1 появляется центробежная сила F = m w2 ес т = 1000 Н. Эта сила, если вал не уравновешен, воспринимается опорами, причем, в основном, средними, т.к. именно здесь имеет место наибольшая деформация. В то же время согласно существующим методикам балансировки, корректировка масс выполняется на крайних противовесах вала. Следовательно, после такой балансировки происходит существенное смещение (или искривление) главной центральной оси инерции так. Нарушается и основное правило ремонта - поврежденная деталь после ремонта будет иметь несколько иные характеристики, чем новая. Необходимо отметить, что для "жестких" коротких валов с большими диаметрами шеек и мощными щеками (характерно для многих четырехцилиндровых двигателей прошлых лет выпуска) указанный эффект несущественен. Такие коленчатые валы обладают достаточной жесткостью и практически не испытывают деформаций под действием дополнительных центробежных сип. Иное дело - длинные тонкие ("гибкие") коленчатые валы рядных 6-цилиндровых двигателей, особенно сравнительно небольшого рабочего объема (2,0+2.5 л). Некоторые из таких валов (например, у двигателей японского производства) могут быть деформированы на 0,10+0,15 мм вручную усилием всего 200+300 Н. В то же время сила, действующая на шатунную шейку вала, например, от давления газов в цилиндре составляет порядка 1000+2000 Н, т.е. имеет тот же порядок, что и центробежная сила из-за деформации середины вала. Следовательно, балансировка длинных валов по двум крайним плоскостям коррекции без учета их "прошлой" деформации препятствует решению одной из задач балансировки, а именно снижению нагрузок в подшипниках, возникающих вследствие дисбаланса, и увеличения ресурса подшипников. Кроме того, балансировка по обычной схеме может дать здесь большую погрешность, если при вращении в станке вал будет испытывать деформацию от центробежных сил. Для того, чтобы учесть "искривление" главной центральной оси инерции вала, следует начинать балансировку с его середины. Здесь вполне достаточно статической балансировки на параллельном стенде, при этом следует выполнить корректировку массы на одном из средних противовесов. Только после этого можно проводить динамическую балансировку по обычной схеме. Таким образом, указанный способ по трудоемкости незначительно превышает обычную динамическую балансировку в двух плоскостях коррекции, однако фактически масса корректируется в трех плоскостях.
У длинных тонких валов рядных шестицилиндровых двигателей это может иметь существенное значение для разгрузки коренных подшипников и увеличения ресурса двигателя после ремонта. Уравновешивание "гибких" валов можно выполнить и по обычной схеме в двух плоскостях коррекции, если рекомендовать следующее: с целью увеличения жесткости средней части коленчатого вала перенести опоры балансировочного станка с крайних коренных шеек (в данном случае первая и седьмая) во вторую и пятую (или шестую) коренные шейки; если позволяют условия, снизить скорость вращения коленчатого вала на балансировочном станке. Этим несколько понижается чувствительность станка, но в то же время в четыре раза (пропорционально квадрату угловой скорости) уменьшается стрела упругого прогиба коленчатого вала. Выполнение указанных рекомендаций, как правило, приводит к удовлетворительным результатам по качеству балансировки. Наибольшую сложность представляет собой динамическая балансировка коленчатых валов V-образных двигателей, а также рядных двух-, трех- и пятицилиндровых. Валы этих двигателей не имеют средней плоскости симметрии, а у некоторых из них (например, у двухцилиндровых) центр масс вообще не лежит на оси вращения. Такие валы динамически балансируются только со специальными компенсационными грузами (технологическими втулками) на шатунных шейках, имитирующими массу нижних головок шатунов. Балансировку "несимметричных" валов необходимо начинать с определения масс М технологических втулок.
Это может быть сделано взвешиванием нижних головок шатунов при шарнирном закреплении их верхних головок. Далее следует рассчитать наружный диаметр втулок, зная диаметр d и ширину b шатунной шейки. Поскольку втулки должны состоять из двух половин (чтобы их можно было установить на шейки вала), диаметр D следует выполнить на 0,5+1,0 мм больше расчетного. Этим будет компенсировано уменьшение массы втулки при ее разрезке на две половины. Кроме того, половины втулки должны иметь отверстия для стягивания их болтами и крепления на шейке. Окончательно масса втулки подгоняется по весу в сборе в болтами. Изготовление втулок и подгонка их массы является весьма трудоемким процессом. Поэтому современные специализированные станки комплектуются приспособлениями, позволяющими регулировать массу грузов. Вследствие большой трудоемкости и сложности динамическая балансировка "несимметричных" валов в практике ремонта используется крайне редко. Неквалифицированный ремонт, а именно шлифование деформированного вала, не оставляет других возможностей, кроме балансировки с технологическими втулками. Чтобы этого избежать, правка деформированных валов указанных конструкций становится обязательной и практически не имеет альтернативы.
 
9.4.3. Ремонт шатунов
 
В эксплуатации наиболее часто встречается несколько типовых повреждений и неисправностей шатунов. Это износ и деформация отверстий нижней головки в результате неисправности шатунного подшипника (износ, перегрев, разрушение, проворачивание), а также деформация стержня шатуна из-за гидроудара в цилиндре или разрушения клапана (возможно, седла клапана). В последнем случае стержень шатуна нередко закручивается. Большинство неисправностей шатунов удаётся устранить ремонтом, за исключением тех случаев, когда на шатуне обнаруживаются трещины. Такие шатуны ремонту не подлежат. Ремонт шатуна представляет собой достаточно сложную технологическую цепочку, требующую точного измерительного и станочного оборудования, однако для большинства двигателей иностранных автомобилей этот ремонт окупается.
Во-первых, цена нового шатуна достаточно высока (обычно свыше 100+150 USD), а на некоторые двигатели, например, VOLKSWAGEN, часто можно найти только комплект новых шатунов. И во-вторых, на целый ряд старых моделей шатуны найти вообще не удается. Эта ситуация существенно отличается от ситуации с отечественными автомобилями. Здесь ремонт вряд ли целесообразен, поскольку цена нового шатуна может оказаться соизмеримой с затратами на ремонт, да и приобретение нового шатуна большой проблемы не составляет. Прежде чем ремонтировать даже явно неисправный шатун, необходимо измерить его основные геометрические характеристики. Проверка шатунов начинается с их мойки и сушки. Далее крышки шатунов затягиваются соответствующим моментом, рекомендованным заводом-изготовителем. При отсутствии данных можно ориентироваться на следующие: 35 Н-м - для резьбы М8х1; 50 Н-м - для резьбы М9х1; 60 Н-м - для всех резьб диаметром 10 мм. При затягивании гаек (болтов) крышки шатун можно зажать в тисках через прокладки за боковые поверхности нижней головки.
Зажимать шатун за стержень запрещается во избежание деформации (скручивания) шатуна. Отверстие нижней головки измеряется нутромером с точностью до 0,01 мм. Эллипсность (овальность) отверстия не должна превышать 0,02 мм. Иногда встречаются шатуны, у которых в результате заклинивания и проворачивания вкладыша на поверхности отверстия нижней головки имеются круговые риски, но диаметр отверстия остается в допуске. Такие шатуны должны быть отремонтированы в обязательном порядке, поскольку на поврежденной поверхности ухудшается тепловой контакт с вкладышем и его охлаждение, уменьшается натяг вкладышей в отверстии. Это обычно приводит к быстрому выходу подшипника из строя. Если отверстие нижней головки шатуна явно изношено, то необходимо определить износ, сравнив размер изношенного отверстия с неизношенным или справочными данными. Проводя измерения, следует помнить, что обычно износ больше у краев отверстия. Величина износа является исходной величиной при ремонте. Деформация шатуна наиболее просто определяется на поверочной плите или с помощью лекальной линейки. У подавляющего большинства шатунов ширина верхней и нижней головок одинакова. Поэтому у деформированного шатуна появятся просветы между боковой поверхностью и плитой (или линейкой). Для шатунов, имеющих различную ширину головок, задача усложняется, особенно, если у головок нет одной общей плоскости. Здесь можно выйти из положения только с помощью плиток, подкладываемых под одну из головок либо с помощью специальных приборов. Приборы, определяющие деформацию шатунов, измеряют непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок. Точность измерения - не хуже 0,005+0,010 мм на 100 мм длины. У шатунов максимальная деформация (непараллельность осей) не должна превышать половины рабочего зазора в цилиндре на диаметре цилиндра. Это значит, что при зазоре в цилиндре порядка 0,04+0,05 мм максимальная деформация должна быть меньше 0,020+0,025 мм на длине (плече), равной диаметру цилиндра.
Тогда все дополнительные движения поршня за счет перекоса осей отверстий головок шатуна, а именно, качания и вращения вокруг оси, будут малым не окажут существенного влияния на ресурс ЦПГ. Ремонт нижней головки шатуна может выполняться различными способами и на различном оборудовании, однако имеет следующие характерные особенности: отверстие после ремонта должно иметь номинальный размер (диаметр), такой же, как и у неповрежденных шатунов, должно быть обеспечено качество поверхности - шероховатость не ниже Ra 1.25 мкм, «эллипс» и «конус» не больше допуска на диаметр (т.е. не более 0,010+0,015 мм); должна сохраниться перпендикулярность отверстия к боковой (базовой) поверхности или параллельность отверстий головок. Чтобы получить номинальный диаметр в отверстии нижней головки у изношенного шатуна, необходимо обработать его и крышку по плоскости разъема в сумме на величину, большую, чем максимальный износ. При этом следует иметь в виду, что изношенные шатуны нередко сильно закалены в отверстии (перегрев из-за неисправного вкладыша с одновременным поступлением масла - своеобразный режим "закалки в масло"). Следует отметить, что при перегреве нижней головки в ней возникают внутренние напряжения, приводящие обычно к сжатию отверстия в плоскости разъема при ослаблении затяжки болтов. В таком случае для определения припуска на обработку поверхностей разъема необходимо немного притереть их на плите. Если указанное сжатие имеет место, то размер отверстия вблизи поверхностей разъема может быть меньше номинального. Тогда можно обрабатывать поверхность разъема только крышки, не трогая шатун. Практика показывает, что если размер отверстия в плоскости, параллельной оси стержня шатуна больше номинального диаметра отверстия на величину 6. то припуск на обработку поверхностей разъема должен быть в сумме не менее (1,2+1,5) 6 . Обработка поверхности разъема может быть выполнена различными способами в зависимости от величины износа и/или деформации отверстия.
Так, если необходимо "занизить" плоскость не более чем на 0.05+0,06 мм, то её можно притереть на притирочной плите с пастой. При этом важно не перекосить плоскость относительно боковой поверхности, для чего шатун с крышкой следует притереть вместе, периодически меняя их местами и поворачивая. При большем износе отверстия поверхности разъема шлифуют на плоско-шлифовальном станке, обеспечивая перпендикулярность обрабатываемой поверхности к боковой поверхности шатуна. Возможно также использование фрезерного станка, однако точность обработки и качество поверхности будут хуже. После того, как шатун и крышка стянуты болтами, необходимо проверить совпадение боковых плоскостей шатуна и крышки. При этом на боковой плоскости, выбранной за базовую не должно быть выступания плоскости крышки над плоскостью шатуна, иначе не будет обеспечена параллельность осей отверстий шатуна после обработки отверстий. Это можно проверить на притирочной плите, если немного (на 0.01 мм) притереть боковые плоскости. Применяется несколько способов обработки отверстий шатуна - растачивание, шлифование и хонингование. Простым и доступным способом является растачивание отверстия на токарном станке. Для этого изготавливается планшайба, торец которой окончательно протачивается после установки. В планшайбе должны быть сделаны резьбовые отверстия для прижатия шатуна башмаками. С помощью индикатора находится такое положение шатуна, при котором радиальное биение отверстия будет минимальным. Далее твердосплавным резцом выполняется растачивание. Данный способ позволяет добиться удовлетворительной точности в 0,02 мм, однако качество поверхности не будет высоким, из-за чего не получится хорошего теплового контакта вкладыша и шатуна.
Вследствие этого растачивание без окончательной финишной обработки может быть применено только на низко- и среднефорсированных двигателях прошлых лет выпуска. Более точно растачивание шатуна выполняется алмазными резцами на координатно-расточных станках, причем в отличие от других способов здесь можно обеспечить параллельность осей отверстий головок с точностью до 0,02 мм. Повышенное качество поверхности обеспечивается обработкой шатуна на внутришлифовальном станке. Здесь может быть достигнута точность в 0,01 мм. Данный способ является предпочтительным для сильно изношенных поверхностей, поскольку так же, как и при растачивании обеспечивается перпендикулярность отверстий к базовой боковой поверхности шатуна. Для малоизношенных отверстий, а также в качестве финишной операции после растачивания может быть применено хонингование. Следует отметить, что хонингование сейчас является финишной операцией и для массового производства. Однако на практике не всегда можно найти необходимое оборудование и инструмент. Как уже указывалось выше, при выполнении работ с использованием хонинговального оборудования следует помнить, что этот способ не обеспечивает перпендикулярности отверстия к базе - боковой поверхности. Базой в данном случае является само отверстие. На практике это означает, что хонингованием нельзя снимать припуск в отверстии шатуна более 0,1+0,2 мм. При хонинговании даже небольших припусков желательно обрабатывать сразу два шатуна совместно, периодически разворачивая их друг относительно друга. Отверстия шатунов, имеющие так называемую "корсетную" форму (когда износ на краях больше, чем в середине), вряд ли стоит хонинговать, не сделав предварительно растачивание.
В противном случае скорее всего отремонтированный шатун не будет удовлетворять требованиям параллельности отверстий головок. Особую сложность представляет ремонт деформированных шатунов. Это связано с тем, что требуется обеспечить параллельность отверстий верхней и нижней головок, которая при деформации нарушается. Основным способом, позволяющим хотя бы предварительно уменьшить или даже устранить деформацию, является правка. Некоторые фирмы, производящие станки и оборудование для ремонта, выпускают специальные приспособления для правки шатунов, позволяющие одновременно контролировать деформацию. Однако это оборудование не всегда доступно, в том числе и по цене. Вследствие этого на практике приходится править шатуны на более универсальном оборудовании. Для этих цепей достаточно хорошо подходит гидравлический пресс для выпрессовки поршневых пальцев.
Рассмотрим последовательность операций правки шатуна, имеющего деформацию в двух плоскостях и скручивание стержня:
1) предварительная правка в плоскости, параллельной отверстиям. Опоры на плоскость - через подкладки у верхней и нижней головок, усилие от домкрата - между подкладками;
2) правка в плоскости, перпендикулярной отверстиям, с опорой на нижнюю головку и подкладку около верхней головки;
3) кручение шатуна. Для шатунов подавляющего большинства бензиновых двигателей эта операция может быть выполнена в тисках с помощью рычага длиной 0,5+1,0 м
4) окончательная правка в плоскости, параллельной отверстиям. Это наиболее сложная и кропотливая операция требующая больших затрат времени. Перед этой операцией шатун часто имеет смещение верхней и нижней головок. После правки смещения обычно оказывается, что верхняя или нижняя головка получает искривление в плоскости, параллельной отверстиям. Это искривление устраняется изгибом стержня у соответствующей головки. Окончательная правка осуществляется методом последовательных приближений с проверкой шатуна на плите с помощью щупов или на измерительном приспособлении. Все операции желательно выполнять по следующей схеме: сначала деформация в нужную сторону несколько больше, чем требуется, затем небольшая деформация в обратную сторону. Если этим правилом пренебречь, то в процессе работы двигателя шатун может деформироваться на 0,1+0,3 мм за счет остаточных напряжений. Простое приспособление для измерения деформации шатунов, позволяет также исправить небольшие деформации шатуна. Однако точность правки с контролем по боковым плоскостям невелика и составляет порядка ±0,05+0,06 мм на длине 100 мм. При этом следует учитывать, какая из боковых плоскостей является базовой для отверстий, поскольку совершенно не обязательно, что базовые обе плоскости. Это можно установить, проконтролировав деформацию всех шатунов двигателя. После правки шатун желательно термообработать, чтобы уменьшить остаточные напряжения. Это может быть сделано в печи или духовом шкафу - выдержка 3+4 часа при температуре 180+200°С (охлаждение с печью). Точность правки указанным способом не превышает обычно 0,02 мм на диаметре отверстия нижней головки шатуна (40+60 мм). Кроме того, даже если представить, что шатун удалось поправить очень точно, все равно без специального измерительного оборудования это не измерить. Таким образом, точность правки шатуна зависит, в основном, от имеющегося измерительного оборудования.
Если измерить параллельность отверстий не удается из-за отсутствия соответствующего оборудования, то после правки отверстия шатуна могут быть дополнительно обработаны с цепью обеспечения параллельности отверстий головок. Для шатунов со втулкой в верхней головке это не составляет большой проблемы. Последовательность операций будет следующей: 1) выпрессовка втулки - выполняется на прессе. Для этого используется кольцо с внутренним диаметром больше наружного диаметра втулки и ступенчатая оправка; 2) запрессовка новой бронзовой втулки, имеющей припуск по внутреннему диаметру не менее 0,15+0,20 мм. Такие втулки поставляются в запасные части, однако при отсутствии могут быть изготовлены из свинцовистой, фосфористой или опо- вянистой бронзы. При этом натяг по наружному диаметру (в отверстии шатуна) должен составлять 0,06+0,08 мм; При использовании втулки без стальной основы следует обеспечить надежность посадки втулки в отверстии. Так, при запрессовке в холодном состоянии на поверхности втулки мог/ т возникнуть надиры и наволакивание, вследствие чего натяг после запрессовки станет мал, и втулка провернется при работе двигателя. Альтернативным способом является запрессовка с такой разностью температур, чтобы втулка вошла в отверстие свободно. Тем не менее, наиболее надежно бронзовая втулка будет стоять только в том случае, если после запрессовки ее раскатать специальным инструментом. 3) установка шатуна на токарном, расточном или шлифовальном станке. При этом необходимо найти такую сторону шатуна, где есть полный контакт нижней головки шатуна со столом станка в свободном состоянии, в то время как верхняя головка может не быть прижата; 4) растачивание отверстия во втулке относительно боковой поверхности нижней головки практически дает требуемую параллельность отверстий.
При обработке отверстия на координатно-расточном или координатно-шлифовальном станке параллельность отверстий может быть доведена до 0,01+0,02 мм на длине 100 мм. После растачивания можно оставить припуск 0.02+0,05 мм для хонингования отверстия в размер. При любом способе обработки отверстия необходимо обеспечить зазор в сопряжении с пальцем 0,008+0,012 мм. Если палец имеет прессовую посадку в головке шатуна, то окончательная обработка шатуна после правки усложняется: 1) шлифование поверхностей разъема шатуна на 0,1+0,3 мм; 2) установка шатуна на плоскошлифовальном станке с опорой на верхнюю головку; 3) шлифование "как чисто", но не более 0,1 мм, боковой поверхности нижней головки - базы для окончательной обработки; 4) растачивание или внутреннее шлифование в прежний размер отверстия нижней головки относительно базы - обеспечивает перпендикулярность к базе, которая в свою очередь, уже перпендикулярна отверстию верхней головки. Возможны и другие варианты, ориентированные на имеющееся оборудование. Деформированные шатуны после правки часто становятся короче. Наиболее сильно это проявляется у шатунов после гидроудара. Здесь "укорочение" шатуна может достигать 1.5+2,5 мм. Безусловно, такой шатун следует заменить. Однако на практике подобная замена не всегда возможна. Опыт показывает, что если у бензинового двигателя днище одного из поршней в ВМТ ниже остальных на 1,0+1,5 мм (за счет укороченного шатуна), то заметить какую-либо повышенную вибрацию или неравномерность работы двигателя трудно. У дизелей аналогичная величина равна примерно 0,5+1,0 мм. Указанные величины допустимого "укорочения" следует учитывать и при ремонте изношенных нижних головок шатунов. После шлифования поверхностей разъема и последующей обработки ось отверстия нижней головки всегда смещается в сторону верхней  и чем больше износ, тем больше "укорочение" шатуна. В то же время износ нижней головки более 1 мм встречается редко - обычно шатун перегревается и ломается еще до того, как износ достигает таких величин. После ремонта нижней головки шатун имеет меньшую массу за счет съема материала с плоскости разъема и отверстия. При необходимости можно проверить, насколько масса оказалась меньше, взвесив все шатуны на весах. Однако практика показала, что в подавляющем большинстве случаев шатуны после ремонта теряют массу незначительно, оставаясь в допуске по массе (5+10 г). Если у рядных четырех- и шестицилиндровых двигателей шатун после ремонта отверстия нижней головки оказался существенно легче других, то необходимо подогнать массу других шатунов за счет снятия металла с их нижних головок. Более сложная ситуация возможна при замене одного шатуна - если его масса отличается от других более чем на 10 г, перед подгонкой массы необходимо определить, с какой головки более тяжелых шатунов надо снять металл. Для этого необходимо измерить отдельно массу нижней головки при опоре на верхнюю и наоборот. Существуют специальные весы для непосредственного взвешивания шатунов, однако на практике обычно приходится пользоваться более простыми приспособлениями, обеспечивающими шарнирное закрепление одной из головок при опоре другой на весы. У двигателей других схем, в том числе V-образных, нельзя уменьшить массу шатунов, чтобы не нарушить балансировку КШМ. Поэтому при существенной потере массы шатуном после ремонта нижней головки его приходится заменять.
Возможной альтернативой замене может быть установка на облегченный шатун болтов с более массивными головками и/или более высоких гаек. У двигателей, имеющих "плавающий" палец в поршнях, после пробегов свыше 150+200 тыс. км часто наблюдается износ бронзовой втулки верхней головки шатуна. Особенно сильный износ встречается у двигателей, где есть подача масла от нижней головки в верхнюю (MERCEDES-BENZ, TOYOTA и др.), если произошло разрушение шатунного подшипника. При этом стружка и частицы металла по отверстиям во всех шатунах поступают к их верхним головкам и изнашивают втулки и пальцы. Замена втулок - операция несложная. Лучше всего использовать втулки, выпускаемые фирмами-производителями вкладышей подшипников. Старая втулка выпрессовывается на прессе, как это было описано выше. При запрессовке новой втулки необходимо обеспечить параллельность осей втулки и отверстия в шатуне, для чего лучше всего подходят большие станочные тиски со шлифованными губками. Независимо от того, какие втулки ставятся - "фирменные" или изготовленные, требуется окончательная обработка отверстия после их запрессовки. В окончательном виде отверстие должно иметь малую шероховатость поверхности, овальность и конусность не более 0,002-0,003 мм. Этим требованиям удовлетворяет хонингование отверстия. При хонинговании следует обрабатывать совместно сразу два шатуна, периодически переворачивая их разными сторонами, чтобы исключить перекос осей обрабатываемых отверстий. При хонинговании с припуском более 0,1-0,2 мм значительно увеличивается опасность увода оси отверстия под палец. Кроме того, у большинства поставляемых в запасные части втулок припуск по внутреннему диаметру ещё больше - до 0,5+0,6 мм. Поэтому в подобных случаях необходимо предварительно расточить втулки, а хонингование выполнить как финишную операцию с припуском 0.030,05 мм. В окончательном виде зазор в сопряжении "палец - втулка" у большинства двигателей составляет 0,010+0,015 мм. Если возможностей хонингования нет, отверстия втулок могут быть сразу расточены в окончательный размер на координатно-расточных станках, как это описано выше. В крайнем случае можно воспользоваться разверткой, однако данный способ не всегда дает хорошие результаты - поверхность отверстия может иметь после развертывания круговые риски, повышенную овальность и конусность. Обрабатывая отверстие втулки шатуна, следует помнить, что все отклонения от допусков на форму отверстия и качество его поверхности приводят к повышенному износу втулки и поршневого пальца и, следовательно, к снижению ресурса двигателя после ремонта. Если повреждения шатуна таковы, что отремонтировать его не представляется возможным, а новый шатун найти не удается (например, для редких моделей двигателей), его можно изготовить. Изготовление шатуна в целом не представляет больших сложностей для обычных машиностроительных производств, однако для соответствия массы необходимо по возможности точно повторить его конфигурацию. Для изготовления шатуна можно использовать стали 12ХНЗА, 20Х2Н4А, ЗОХГСА. 38ХМЮА или 40ХНМА с термообработкой до твердости HRC3 32+39. Из последних трех марок материалов можно изготовить и шатунные болты, соблюдая требования. Технология подбора и изготовления вкладышей подшипников При сложном ремонте двигателя иногда встречаются ситуации, когда не удается найти необходимые вкладыши подшипников ремонтных размеров.
Такие ситуации характерны для старых двигателей выпуска до 1965+70 гг., для редких моделей, например, выпускавшихся в течение небольшого времени или только для эксплуатации внутри страны-производителя, а также для последних моделей автомобилей, для которых еще не производятся детали ремонтных размеров. В последнем случае возможны такие варианты, как замена коленчатого вала и вкладышей на новые (т.е. стандартных размеров) или восстановление шеек коленчатого вала в стандартный размер с заменой вкладышей на новые стандартные. Оба варианта не являются удачными: первый - по стоимости, второй - по надежности. Поэтому в указанных ситуациях встает вопрос о подборе вкладышей с других моделей двигателей, а, возможно, и об их изготовлении. Практика показывает, что и при подборе и при изготовлении можно добиться высокой надежности и ресурса двигателя, если соблюдать определенные правила и технологические приемы. Подбором вкладышей можно условно назвать такую ситуацию, когда диаметры постелей ремонтируемого двигателя и двигателя, вкладыши которого имеются в наличии, совпадают. Тогда поверхности вкладышей, определяющие натяг в постели, сохраняются, следовательно, натяг в постели, от которого в первую очередь зависит надежность работы подшипников, будет обеспечен Не менее важный вопрос материал вкладышей. Для бензиновых двигателей требования к материалу коренных вкладышей обычно не слишком строгие - как правило, по материалу подходят вкладыши большинства моделей двигателей.
При подборе шатунных вкладышей лучше ориентироваться на более высокофорсированные двигатели, чтобы исключить возможность ускоренного износа, когда новые вкладыши не подойдут по допустимой частоте вращения и нагрузке. Для этого можно использовать каталоги моделей автомобилей, где приводятся данные по частоте вращения и мощности двигателя Здесь следует ориентироваться на литровую мощность, характеризующую уровень тепловых и силовых нагрузок в двигателе. Для дизельных двигателей подбор шатунных вкладышей проблематичен, поскольку моделей дизелей относительно немного, а материалы их вкладышей рассчитаны на значительно большую нагрузку. Более того, нередко дизели с наддувом имеют иные материалы, чем те же модели, но без наддува. Следующий параметр - ширина. Она не должна быть меньше, чем у оригинала. В самом крайнем случае допускается уменьшение на 1,0+1,5 мм, но и это может привести к снижению ресурса из-за роста удельных нагрузок Толщина вкладыша подбирается из условия обеспечения необходимого ремонтного уменьшения шеек вала. Не обязательно (хотя и желательно) стремиться, чтобы ремонтный размер вала являлся строго уменьшением на 0,25: 0,50 мм и т.д. - возможны промежуточные варианты, хотя это и неудобно для последующих ремонтов. При этом следует учитывать, что подавляющее большинство двигателей имеют ремонтные размеры вкладышей 0,25 и 0,50 мм, многие - 0,75 мм и некоторые 1,0 мм. Если необходимые вкладыши выбраны и получены, следует их доработать так, чтобы обеспечить необходимую ширину, расположение замка, канавки и отверстия (если они есть). Замки на подбираемых вкладышах очень редко совпадают с оригиналом. Если несовпадение мало (1+2 мм), то допустимо уменьшить ширину замка, спилив часть его надфилем, однако результате повреждения шеек в эксплуатации, предшествующей ремонту, так и в процессе самого ремонта. При расплавлении и разрушении подшипника происходит сильный нагрев шейки, сопровождающийся подачей к подшипнику масла.
Вследствие этого поверхность закаливается, и в ней возникают напряжения растяжения. Поверхностный слой металла становится хрупким и к тому же испытывает ударные нагрузки из-за значительного увеличения зазоров. Это может быть причиной не только деформации вала, но и возникновения трещин. Процесс образования трещин в значительной степени зависит от материала вала. Если расположение замка не совпадает с оригиналом, необходимо выполнить его в другом месте. Для этого замок аккуратно спиливается заподлицо с наружной радиусной поверхностью вкладыша. Затем вкладыш вставляется в крышку постели и сверху прижимается болтами с шайбами, чтобы исключить его сдвиг при пробивке замка. Пробойник выполняется по ширине на 0,5 мм меньше ширины паза крышки. Далее ударом молотка пробивается замок в нужном месте по ширине вкладыша. Усик замка должен быть отогнут не более чем на 0,8+1,2 мм Пробивать замок следует таким образом, чтобы учесть, с какой стороны и насколько затем будет уменьшена ширина вкладыша. Желательно предусмотреть, чтобы обработка вкладыша велась с двух сторон. Это делается на токарном станке в специальной алюминиевой разрезной оправке. Вкладыши вставляются в оправку парами, оправка зажимается в патроне достаточно сильно, но так, чтобы не деформировать вкладыши.
При протачивании торцов не следует стремиться строго к ширине оригинальных вкладышей - обычно ширину можно оставить на 0,5+1,0 мм больше. После протачивания торца следует снять фаски на краях вкладышей. Если коренные вкладыши имеют канавку, то она может быть выполнена специальным резцом на этой же операции. После снятия вкладышей со станка остается просверлить в нужном месте отверстия и убрать все заусенцы на краях и у отверстий. Определенные сложности могут возникнуть при подборе фланцевых коренных вкладышей, которые выполнены за одно целое с упорными полукольцами. Если в новом комплекте подобных вкладышей нет, то можно воспользоваться несколькими вариантами: 1) на токарном станке в оправке срезаются полукольца со старых вкладышей (нужны только две штуки). Сверлятся отверстия в крышке блока и в полукольцах, которые затем приклепываются к крышке. Это не слишком удачный способ, поскольку рабочие поверхности полуколец могут быть изношены, фиксация полуколец от проворота ослаблена, а также затруднена впоследствии установка штатных вкладышей; 2) на планшайбе токарного станка на опорной поверхности крышки блока протачивается канавка. Далее из оловянистой, фосфористой или свинцовистой бронзы изготавливается кольцо, имеющее профиль, ответный крышке. От проворота полукольца фиксируются упором буртика в плоскость разъема на блоке, а от выпадания - буртиком, вставленным в канавку крышки. При легкости последующей замены на штатный вкладыш такая конструкция требует изготовления специальных полуколец, что снижает ее надежность. Несколько увеличить ресурс и надежность работы таких полуколец можно за счет покрытия их рабочих поверхностей тонким слоем оловянно-свинцового сплава (припоя); 3) на планшайбе токарного станка на крышке протачиваются новые упорные поверхности, углубленные примерно на 1 мм от уровня прежних. Далее подбираются или изготавливаются специальные полукольца увеличенной толщины с наружным диаметром, равным диаметру проточек на крышке. Этот вариант не совсем удачен из-за "повисания" упорных полуколец штатных вкладышей на крышке (если они в дальнейшем будут применяться), а также трудности подбора достаточно толстых полуколец.
В то же время необходимые полукольца здесь могут быть изготовлены из сталеалюминевой ленты, что значительно повышает надежность конструкции. Несколько иначе следует поступать, если подобранные коренные вкладыши также имеют упорные полукольца. При этом, как правило, ширина крышки по опорным поверхностям отличается от расстояния между полукольцами на вкладыше. В этом случае следует аккуратно отрезать на токарном станке упорные полукольца от вкладышей только с одной стороны, причём так, чтобы при установке в опору упорные полукольца на верхнем и нижнем вкладышах оказались по разные стороны от опоры. Если опора имеет торцевые проточки для установки вкладышей, то отрезанные полукольца могут быть вставлены. Недостаток этого варианта - ограничение по ширине подбираемого вкладыша (она не должна отличаться более чем на 2+3 мм, иначе канавка вкладыша будет чрезмерно смещена от середины опоры). Кроме того, трудно подобрать вкладыши, чтобы толщина упорных полуколец на них соответствовала прототипу. Если толщина меньше, то использование описанного варианта ремонта проблематично, т.к. получается увеличенный зазор в упорных подшипниках.
Если больше, то следует оценить насколько, чтобы не увеличивать чрезмерно расстояние между упорными поверхностями коленчатого вала. В противном случае последующий ремонт с использованием штатных вкладышей окажется невозможным. Таким образом, при наличии в двигателе фланцевых коренных вкладышей, выполненных за одно целое с упорными полукольцами, ремонт КШМ с установкой нештатных вкладышей оказывается сложным. На практике лучше избегать подобных вариантов ремонта, используя их только в самых крайних случаях. Рассмотрим теперь, что можно сделать, если необходимые вкладыши не удалось ни найти, ни подобрать. Очевидно, выйти из положения можно, только изготовив новые вкладыши. Существует несколько способов изготовления вкладышей в условиях единичного производства (т.е. когда изготавливается малое количество изделий). Очевидно, технология единичного производства должна значительно отличаться от того, как изготавливают вкладыши в массовом производстве. В то же время известные технологии единичного производства обладают рядом существенных недостатков, снижающих надежность двигателя после ремонта, а это не позволяет использовать их при изготовлении вкладышей для ремонта двигателей иностранных автомобилей. Наибольший интерес для практики может представлять способ изготовления вкладышей с использованием в качестве заготовок уже готовых изделий. Суть способа сводится к следующему. Вкладыши, предназначенные для установки в постель большего диаметра, изгибаются на меньший радиус. После этого с помощью специальной оснастки они обрабатываются по торцам с точностью до 0.01+0.02 мм. чем обеспечивается необходимый натяг в постелях ремонтируемого двигателя. Рассмотрим этот процесс более подробно.
Выбор заготовок для изготовления должен производиться также, как и для подбора вкладышей, описанного выше. Однако здесь накладывается дополнительное условие - диаметр постели заготовки должен быть больше, чем у ремонтируемого двигателя. Поскольку при этом число возможных вариантов существенно возрастает возможность подобрать такие заготовки (такой толщины), которые обеспечивали бы стандартный ряд ремонтного уменьшения вала - на 0,25 мм; 0,50 мм и т.д. В качестве заготовок следует использовать вкладыши от двигателей иностранных автомобилей. Как самая крайняя мера допускается использование вкладышей от отечественных двигателей, но это следует делать с большой осторожностью. Во-первых, для вкладышей отечественных легковых автомобилей применяется сплав АО09-2, содержащий всего 8+10% олова. Подобные сплавы в двигателях иностранных автомобилей применяются редко и имеют специальные покрытия. Без таких покрытий алюминиевый сплав с малым количеством олова может ускорить износ коленчатого вала, а максимально допустимые нагрузка и скорость вращения будут пониженными. Кроме этого, отечественные вкладыши нередко имеют невысокое качество, связанное, например, с нестабильностью толщины вкладыша по длине и ширине. Все это значительно ограничивает возможность использования отечественных вкладышей при ремонте иностранных двигателей. Если заготовки выбраны, на них необходимо аккуратно спилить замок заподлицо с наружной поверхностью. Далее следует согнуть заготовки на меньший радиус, соответствующий радиусу постели ремонтируемого двигателя. Заготовка одним краем прижимается к центральному ролику планкой с винтами. Затем с наружной стороны подводится нажимной ролик, которым заготовка прокатывается вокруг центрального ролика. Заготовка рабочей поверхностью контактирует с центральным роликом, поверхность которого должна быть шлифована и полирована. В противном случае на рабочей поверхности вкладыша появится отпечаток поверхности ролика и деталь будет испорчена.
При прокатывании вокруг ролика заготовка изгибается, если радиус ролика меньше радиуса внутренней поверхности заготовки на 1,5+2,0 мм и более. Если разница радиусов меньше, изгиба заготовки не произойдет, поскольку деформация останется упругой. Необходимый радиус ролика подбирается в каждом конкретном случае опытным путем. Начальный радиус ролика R^, с которого следует начинать подбор, можно найти по формуле R^ = RBHyTp - (1,75+2,0 мм), где RBHyTp - радиус внутренней поверхности готового вкладыша, установленного в постель (радиус вала). Прокатывание заготовки осуществляется в две стороны - после прокатывания в одну сторону заготовка переворачивается (перезажимается) и прокатывается снова. При этом радиус заготовки получается переменным - на краях он меньше, а в середине больше. Именно это и требуется для хорошего прилегания к постели. Снятая с приспособления заготовка проверяется по наружному диаметру. Диаметр должен быть больше диаметра постели на 0,5+1,0 мм. Если этот размер оказывается больше, необходимо прокатать заготовку по ролику меньшего диаметра. Заготовки нередко имеют смазочные отверстия. В таких случаях нельзя прокатывать заготовку через отверстие, поскольку ослабленное отверстием сечение сразу оказывается согнутым на меньший радиус, и заготовка будет испорчена. Чтобы исключить деформацию заготовки, необходимо прокатывать ее не более, чем на 2+5 мм за отверстием. Эту величину необходимо подбирать в зависимости от диаметра и толщины вкладыша и проверить по прилеганию к постели.
Если заготовки прокатаны, можно пробивать замки и обрабатывать их по длине. Для этого следует изготовить две оправки - внутреннюю и наружную. Наружная оправка должна иметь диаметр постели, выдержанный с точностью до 0,02 мм. Оправка изготавливается из стального прутка или трубы и должна иметь толщину стенки не менее 10 мм. Внутреннее отверстие растачивается (шлифуется) в размер постели, после чего труба разрезается, а плоскость разреза фрезеруется (шлифуется) в размер, меньший половины диаметра постели на 0,10+0,15 мм. В середине оправки фрезеруется паз для пробивки замка. Внутренняя оправка изготавливается из инструментальной стали, чтобы после закалки ее твердость была не менее HRC3 60. Оправка точится из прутка, на ее краях оставляются технологические бобышки с центровыми фасками. Далее оправка фрезеруется примерно до половины диаметра, не трогая технологические бобышки. Фрезеруется также паз для пробивки замка, который должен быть на 0,5 мм уже, чем у наружной оправки. После закалки наружная поверхность оправки должна быть шлифована с допуском 0,01 мм в размер D = D n - 2 8 , где Dn - диаметр постели, 5 - толщина вкладыша. Плоскость внутренней оправки шлифуется далее в размер по высоте (Н), обеспечивающий натяг (выступание) D вкладыша в постели Н = D/2 + Д. Натяг зависит от диаметра постели и толщины вкладыша. Хорошие результаты дает простая формула Д = (0,5+0,7)-D/1000 мм, учитывающая только диаметр постели. При диаметре постели, например, 50 мм величина Д будет равна 0,025+0,035 мм.
В готовой оправке далее срезаются технологические бобышки. Заготовка вкладыша устанавливается в наружную оправку и зажимается внутренней при помощи болтов. При этом необходимо обеспечить несколько условий: 1) края заготовки должны выходить из оправок примерно одинаково; 2) внутренняя оправка должна стоять ровно (без перекосов) как в продольном, так и в поперечном направлении, что легко проверяется лекальной линейкой; 3) заготовка должна быть зажата так, чтобы пазы в оправках совпали с местом пробивки замка на заготовке. Далее следует спилить концы заготовки, оставив припуск около 0,5 мм и с помощью пробойника ударом молотка пробить замок. Затем напильником с мелкой насечкой торцы заготовки обрабатываются до тех пор, пока напильник не "заскользит" по внутренней оправке. В окончательном виде торцы заготовки должны располагаться строго заподлицо к внутренней оправке (не ниже и не выше), что легко контролируется на просвет с помощью лекальной линейки. После снятия заготовки следует удалить заусенцы, в том числе и у замка, и выполнить другие необходимые работы (расточить канавки, обработать по ширине, просверлить отверстия) так, как это уже было описано выше. Данная технология несмотря на большую трудоемкость (0,5+1,0 час на один вкладыш), позволяет обеспечить весьма высокую точность изготовления вкладышей, а значит, и надежность работы подшипников. Даже при толщине вкладышей 2,5+3,0 мм некруглость внутренней поверхности вкладышей, установленных в постель, обычно не превышает 0,015 мм. Это значит, что для изготовленных данным способом вкладышей при минимальном зазоре в подшипнике 0,030+0,035 мм будет обеспечено свободное вращение вала.
 
9.5. Ремонт цилиндро-поршневой группы
 
Основными неисправностями ЦПГ являются износы поршней (юбка, верхняя канавка поршневого кольца, отверстие под палец), поршневых колец, пальцев и цилиндров. Нередки различные трещины и пробоины блока цилиндров в результате поломки шатунов, клапанов и поршней, а также нарушение геометрии и расположения различных поверхностей - верхней плоскости блока и постелей коленчатого вала вследствие перегрева из-за недостаточного охлаждения и смазки. При выполнении сложного ремонта двигателя детали ЦПГ, имеющие большой износ или повреждения, должны быть отремонтированы или заменены. Этот вопрос решается в зависимости от степени и характера износа для каждого типа деталей. Так, блок цилиндров, являющийся дорогостоящей, а для многих моделей и дефицитной деталью, необходимо стремиться отремонтировать независимо от его неисправности. Изношенные поршневые кольца должны быть заменены, в то время как для поршней иногда существуют альтернативные решения.
 
9.5.1. Ремонт рабочей поверхности цилиндров
 
При больших пробегах рабочая поверхность цилиндров оказывается в той или иной степени изношена. С одной стороны, изнашивается верхняя часть цилиндра, а с другой - поверхность цилиндра в плоскости вращения кривошипа, контактирующая с юбкой поршня, в результате чего цилиндр становится овальным. Помимо этого, нередко на цилиндрах имеются продольные царапины, вызванные попаданием с воздухом и топливом (сверху) или с маслом (снизу) различных частиц загрязнений и продуктов изнашивания деталей. С точки зрения геометрии допустимым износом верхней части цилиндра в месте остановки верхнего компрессионного кольца следует считать величину 0,05+0,08 мм, а допустимой овальностью - 0,02+0,03 мм. Если цилиндры имеют износы больше указанных, они должны быть отремонтированы с увеличением диаметра и заменой поршней и колец на ремонтные. В практике имеются случаи, когда износ (измеренный нутромером) мал, но продольные риски и царапины в цилиндрах столь велики и многочисленны, что без ремонта цилиндров также не обойтись, иначе двигатель будет иметь недопустимо большой расход масла. Наиболее сложной и ответственной операцией при ремонте рабочей поверхности цилиндров является хонингование. При ремонте поверхности цилиндров хонингованием достигаются и решаются существенные иные цели и задачи, чем, например, при ремонте других отверстий двигателя. Поэтому остановимся на процессе хонингования цилиндров более подробно.
Практика показывает, что от способа обработки поверхности цилиндров в значительной степени зависят эксплуатационные характеристики двигателя. Правильная обработка цилиндров обеспечивает: 1) низкий расход масла; 2) высокую компрессию, т.е. малые утечки газов через кольца; 3) большой ресурс деталей ЦПГ, в том числе и самих цилиндров; 4) работоспособность колец и цилиндров (отсутствие задиров) при длительных высоких нагрузках; 5) низкий коэффициент трения колец при движении в цилиндре; 6) малое время приработки деталей ЦПГ. Первые два требования напрямую связаны с геометрией цилиндра, а именно, отклонением от цилиндричности. Овальность и конусность цилиндра не должны превышать 0,01 мм, иначе не будет хорошего прилегания колец, а эпюра давления колец на стенки цилиндра будет искажаться. В результате следует ожидать повышенного расхода масла. В этой связи следует напомнить, что геометрия цилиндра зависит и от конструкции двигателя. При затяжке болтов головки блока и, особенно, при их перетяжке цилиндры деформируются, и эта деформация может достигать 0,02+0,03 мм, если блок недостаточно жесткий, "мокрые" гильзы могут иметь в отдельных случаях еще большую деформацию. Для уменьшения деформации верхней части цилиндров на некоторых зарубежных ремонтных предприятиях на блок устанавливают модель головки блока - так называемую фальшголовку, представляющую собой плоскую деталь, по форме идентичную стандартной головке, но имеющую отверстия для входа и выхода хонинговальной головки.
Болты на фальшголовке затягиваются тем же крутящим моментом, что и на стандартной головке. После обработки цилиндров и снятия головки их геометрия будет несколько отличаться от правильной, однако после сборки двигателя и затяжки болтов головки цилиндры снова примут правильную форму. С этой же целью рекомендуется окончательную обработку цилиндров производить с крышками коренных подшипников, затянутыми рабочим моментом. Это особенно важно для V-образных блоков, где деформация в нижней части цилиндров может быть ощутимой из-за близкого расположения цилиндров и резьбовых отверстий болтов коренных крышек. Остальные из указанных выше требований связаны с материалом цилиндров и колец и обработкой цилиндров. Характерно, что правильная обработка цилиндров позволяет, например, применять более дешевые кольца без значительного ущерба для их работоспособности и ресурса. Обращает на себя внимание, что острые выступы сглажены, в то время как впадины сохранились. Очевидно, такая приработка произошла за счет повышенного износа поршневых колец и поршней. При этом во впадинах, пока они не стерты, удерживается небольшое количество масла для смазки пары "кольцо-цилиндр". Обработка цилиндров простым хонингованием одним бруском была характерна для низкофорсированных двигателей, выпущенных несколько десятилетий назад. В настоящее время такая схема обработки поверхности не применяется, как не удовлетворяющая современным требованиям. Чтобы получить качественную поверхность цилиндра, необходимо, с одной стороны, сделать ее как можно более гладкой, а с другой - максимально шероховатой, чтобы впадины заполнялись возможно большим количеством масла. Это достигается с помощью так называемого плосковершинного хонингования.
Оно проводится в два этапа. В начале с помощью достаточно крупнозернистых брусков (100+120 мкм) создается основная шероховатость поверхности, при которой глубина впадин сравнительно велика и достигает 20+30 мкм. Затем мелкозернистыми брусками (16+40 мкм) производится залеживание выступов, вследствие чего образуются опорные поверхности. Съём металла на финишной операции составляет 3+5 мкм, а профиль поверхности получает вид. Качество полученной поверхности характеризует так называемая кривая Аббота (Abbott), представляющая собой зависимость суммарной площади впадин от их глубины. Эта кривая имеет перегиб в точке, разделяющей опорную поверхность от впадин основной шероховатости. Согласно экспериментальным данным, опорная поверхность должка составлять 50+80% всей поверхности цилиндра, а во впадинах должно удерживаться не менее 0,02 мм3 масла на 1 см2 площади поверхности (это можно рассчитать по кривой Аббота). Для дизелей вследствие более тяжелых условий работы поршневых колец объем впадин может быть увеличен. Это достигается увеличением количества более глубоких впадин, например, применением более грубых брусков при создании основной шероховатости. Следует отметить, что при ремонте цилиндров следует стремиться к созданию на поверхности даже более глубоких впадин, чем могли быть на новом цилиндре. Тем самым при небольшом увеличении расхода масла отремонтированного двигателя будут улучшены условия смазки колец. Этот момент при ремонте нередко очень важен.
Дело в том, что поршневые кольца, выпускаемые различными фирмами, могут иметь различные материалы, покрытия, упругость, не всегда соответствующие материалу конкретного цилиндра и условиям работы колец в данном двигателе. Тогда улучшение смазки снижает интенсивность износа колец и цилиндров при не совсем удачном сочетании материалов пары "кольцо-цилиндр". Впадины основной шероховатости должны иметь не только глубину, но определенные углы раскрытия, которые в неявном виде описаны в кривой Аббота. Угол впадины имеет важное значение для маслоудержания, причем далеко не всегда более широкие впадины с большим объемом удерживают большее количество масла. Профиль основной шероховатости, в том числе и угол раскрытия впадин, во многом определяется характеристикой абразивных брусков, используемых при хонинговании, а также режимом хонингования (частота вращения, давление брусков на стенки, смазка поверхности). Очень важным параметром поверхности цилиндра является угол хонингования, т.е угол между рисками, образованными при движении головки вверх и вниз. При малом угле не удается добиться необходимого профиля поверхности, что ведет к "сухому" трению и задиру колец и цилиндров. Большой угол обычно дает возрастание расхода масла. Оптимальное значение угла хонингования обычно составляет 60+75". При хонинговании чугунных цилиндров необходимо также обеспечивать вскрытие графитовых зерен, выходящих на поверхность. Наиболее распространенный дефект при обработке цилиндров - поверхностная деформация, приводящая к наволакиванию металла на графит. При этом поверхность цилиндра становится матовой светло-серого цвета. В результате наволакивания графитовые зерна как бы закрываются чешуйками металла - образуется так называемый «жестяной слой», значительно (в несколько раз) снижающий ресурс деталей ЦПГ. В нормально отремонтированном цилиндре 40+50% зерен фафита имеют выход на поверхность, а глубина деформации поверхностного слоя не превышает 6+8 мкм. Чтобы добиться этого на практике, необходимо. 1) после растачивания припуск на хонингование не должен быть менее 0,05 мм на сторону. При точении возникает глубокая деформация поверхностного слоя, которую необходимо убрать хонингованием; 2) хонингование необходимо вести с большими усилиями и обильной смазкой поверхности на предварительном этапе и с малыми усилиями и обильной смазкой - при окончательной обработке поверхности; Другой проблемой, нередко препятствующей достижению большого ресурса после ремонта, является шаржирование (внедрение) абразивных частиц в поверхностный слой цилиндра. При этом износ поршневых колец и поршней может ускориться во много раз.
Для исключения этого следует придерживаться определенных правил: 1) хонинговать цилиндр только с непрерывной обильной подачей смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ); 2) использовать только специальные абразивные бруски для цилиндров; 3) тщательно промывать блок после обработки цилиндров. Подача СОЖ уносит от поверхности цилиндра частицы металла и, самое главное, абразивные частицы - продукты износа брусков. Бруски для обработки цилиндров должны быть из окиси алюминия или карбида кремния. Алмазные бруски для цилиндров использовать нельзя, т.к. они дают наибольшее шаржирование (внедрение) частиц абразива, которые при этом очень плохо удаляются при промывке. В последние годы на зарубежных ремонтных предприятиях получили широкое распространение более совершенные способы финишной обработки поверхности цилиндров. В частности, вместо мелкозернистых абразивных брусков плосковершинное хонингование ведется специальными щетками, волокна которых (стальная проволока) покрыты керамикой (например, карбидом кремния). Находят также применение щетки с мелкими стальными шариками на концах волокон. Основным преимуществом подобных способов является более высокое качество поверхности, а также снятие заусенцев на краях впадин основной шероховатости, что не удается полностью реализовать при хонинговании абразивными брусками. Помимо этого, при использовании щеток наблюдается выход абразивных частиц из впадин, что упрощает последующую мойку блока. Промывать блок лучше всего в горячем содовом растворе.
Возможна также промывка в керосине. Использовать бензин, как это иногда делают в некоторых мастерских и гаражах, нецелесообразно. После бензина на стенках цилиндров остается абразивная пыль, в чем нетрудно убедиться, проведя чистой ветошью или рукой по вроде бы чистому цилиндру после испарения бензина с его стенок. Наилучшим способом удаления абразива следует, вероятно, признать кипячение в содовом растворе. Однако данный способ непроизводителен и требует большого количества времени. Для обработки цилиндров целесообразно использовать специализированные станки. Наибольшей точностью и производительностью обладают автоматические и полуавтоматические вертикально-хонинговальные станки. Производительность таких станков (скорость съема металла с поверхности цилиндра) достигает 0,2 мм/мин. Поскольку здесь используется головка только с жесткой подачей брусков, на таких станках не требуется предварительное растачивание цилиндров, если ремонтное увеличение диаметра цилиндра не слишком велико. Важной особенностью таких станков является возможность наклона блока, что необходимо для ремонта блоков V-образных двигателей, а также для блоков, у которых верхняя и нижняя плоскости непараллельны. Кстати, и станки, используемые для растачивания цилиндров, должны иметь наклонный стол или иные приспособления для наклона блока, иначе возможности этих станков будут существенно ограничены. Описанные вертикально-хонинговальные станки имеют весьма существенный недостаток для небольших мастерских - высокую стоимость. Поэтому при небольших объемах ремонта блоков целесообразно иметь вертикально-расточной станок и ручное приспособление для хонингования. Приспособление представляет собой стойку с перекладиной и зажимом по поверхности цилиндра. На перекладину опирается пружина, другой стороной закрепленная на ручной дрели с направляющим стержнем. На стержне имеется регулируемый упор, ограничивающий ход дрели с головкой вниз (чтобы не повредить бруски ударом о коренные опоры блока). Для такого приспособления применяется хонинговальная головка с микрометрическим винтом, обеспечивающим точную регулировку усилия прижатия брусков к стенкам цилиндра. При хонинговании необходимо сделать симметричный выход брусков из цилиндра в обе стороны (порядка 20 мм). Для этого следует установить упор на стержне так, чтобы в нижнем положении верхний край брусков был ниже плоскости блока на величину ДН = L -1 + 20, где L - длина цилиндра; I - длина бруска.
Выход брусков вверх устанавливается визуально. После настройки приспособления и головки необходимо разжать бруски до упора в стенки цилиндра и, включив дрель (число оборотов не должно превышать 300 мин-1), вручную придать дрели возвратно-поступательное движение, вниз до упора и вверх до выхода брусков из цилиндра на величину примерно 20 мм. При ослаблении сопротивления движению дрели необходимо ее выключить, при помощи микрометрического винта разжать бруски и продолжить хонингование. В процессе хонингования необходимо замерять нутромером обрабатываемый цилиндр как минимум в трех поясах - на глубине 10 мм, примерно в середине и в 20 мм от конца цилиндра. При помощи этих замеров можно уловить тенденцию по отклонению от цилиндричности. Если получается конус, то короткими возвратно-поступательными движениями (осцилляцией) расхонинговывается узкая часть конуса. Для устранения "бочки" необходимо увеличить длину хода возвратно-поступательного движения с сохранением симметричных выходов брусков снизу и сверху. Это достигается путем перестановки упора таким образом, чтобы увеличить выход брусков внизу. Если получается "корсетная" форма цилиндра, то следует уменьшить длину возвратно-поступательного движения хонинговальной головки. Рассмотрим теперь порядок обработки цилиндров в зависимости от величины износа. Как известно, износ цилиндра определяется по поясу вблизи остановки кольца в ВМТ, и также в средней и нижней части цилиндра в плоскости вращения коленчатого вала.
В начале рассмотрим случай, когда износ цилиндров достаточно мал (менее 0,05+0,08 мм). Если при этом пробег автомобиля велик - более 120+150 тыс. км, то поверхность цилиндров обычно имеет своеобразный "глянец", т.е. отполирована кольцами и поршнем до зеркального блеска. Такая поверхность в обязательном порядке должна быть обработана. В данном случае необходимо хонинговать цилиндры, снимая минимальный слой металла. Основная задача такого хонингования - не исправление геометрии, а создание определенной шероховатости на рабочей поверхности. Это особенно важно в случае, если предполагается замена поршневых колец. Новые кольца плохо прирабатываются к "глянцевой" поверхности, что может привести к прижогам и задирам верхних колец, работающих в условиях недостаточной смазки и высокой температуры. В некоторых случаях, например, после длительной стоянки, особенно со снятой головкой блока, на поверхности цилиндров может образоваться коррозия, которая также снимается хонингованием. Хонингование для описанных случаев выполняется в два этапа. В начале "крупнозернистыми" брусками на поверхность цилиндра наносится сетка достаточно глубоких рисок. При этом необходимо обеспечить минимальный съем металла - диаметр цилиндра не должен увеличиться более, чем на 0,010+0,015 мм. Обычно для этого достаточно несколько двойных ходов хонинговальной головки. Затем следует выполнить финишную операцию - плосковершинное хонингование, как это было описано выше. Данная технология обработки применима для всех типов блоков цилиндров, в том числе и алюминиевых с покрытиями типа «никасиль». Если обрабатывается цельноалюминиевый блок с кремниевым "покрытием", то используется другая технология. На поверхности алюминиевого цилиндра не допускается сетка рисок, поэтому обработка мелкозернистыми брусками выполняется с увеличенным припуском. После финишного хонингования с поверхности цилиндра необходимо убрать алюминий, для чего существуют два способа - травление и натирание.
Травление алюминиевого блока осуществляется 10+12%- ной соляной кислотой. Раствор на поверхность цилиндра может быть нанесен различными способами. Хорошие результаты дает заливка цилиндров раствором полностью, что обеспечивается закрытием цилиндра специальной крышкой со стороны плоскости стыка с головкой. Раствор кислоты может быть нанесен и кистью, однако при этом получится большая неравномерность травления по поверхности цилиндра. Обработка раствором кислоты ведется в течение нескольких минут, пока поверхность цилиндра не станет матового серого цвета. На этой стадии снимается слои алюминия толщиной 1+2 мкм. После травления блок тщательно промывается водой и содовым раствором, чтобы нейтрализовать кислоту, если она попала во внутренние полости. Для небольших ремонтных мастерских травление нетехнологично и трудоемко, поскольку ориентировано на промышленный гальванический цех. Поэтому фирмы-производители поршней и ремонтных гильз для алюминиевых блоков (MAHLE, KOLBENSCHMIDT) разработали технологию натирания, легко реализуемую на любых ремонтных предприятиях. Натирание пастой выполняется с помощью войлочных кругов или башмаков, устанавливаемых на хонинговальную головку станка. Для натирания используется "мягкая" силиконовая паста, не снимающая кремний. По этой причине применение абразивных паст недопустимо. Обработанный пастой цилиндр приобретает такой же серый матовый цвет, что и после травления. После натирания блок должен быть тщательно вымыт керосином, затем - в горячем содовом растворе. Если поверхность цилиндров имеет большой износ и/или глубокие риски и царапины, цилиндры необходимо ремонтировать.
Для блоков цилиндров существуют два принципиально различных варианта ремонта - растачивание и/или хонингование цилиндров в увеличенный ремонтный размер поршней и установка в блок "сухих" гильз с последующей их обработкой в прежний стандартный размер цилиндра. Основным вариантом ремонта цилиндров (в том числе, алюминиевых блоков с покрытием или без него) является увеличение их диаметра под ремонтные поршни увеличенного размера. У бензиновых двигателей с чугунными цилиндрами наиболее часто применяется ремонтный ряд +0,25 мм; +0,50 мм и д., однако для некоторых двигателей возможны и другие варианты (+0,2 мм; +0,4 мм;... или +0,3 мм; +0,6 мм). Для дизелей нередко ремонтный шаг составляет 0,5 мм. Обычно поршни с кольцами первого и второго ремонтного увеличения приобрести несложно. Сложнее найти комплекты третьего и, особенно, четвертого ремонта - как правило, это удается сделать только для наиболее распространенных двигателей. Алюминиевые блоки без покрытия ремонтируются аналогично чугунным, при этом имеется возможность увеличения диаметра цилиндра до 1 мм с шагом 0,5 мм (для некоторых двигателей - до 0,7 мм с шагом 0,35 мм). Твердые покрытия цилиндров не позволяют обрабатывать поверхность на такую глубину, да это и не требуется, т.к. износы в таких блоках минимальны. Некоторые фирмы (NISSAN) поставляют в запасные части поршни с ремонтным увеличением 0,1 мм. Ремонт поверхности цилиндра с твердым покрытием допускается только с помощью хонинговальных головок с жесткой подачей брусков. Как показывает практика, износ цилиндров после пробега 200+250 тыс. км иногда превышает следующий ремонтный размер. Поэтому при измерении сильно изношенных цилиндров необходимо помнить об ошибке измерения, вызванной конечной толщиной ножки нутромера. Кроме того, крайние цилиндры часто имеют больший износ, который может быть еще и неравномерным по окружности. Если поршни имеют большой износ юбки, прогар или поломку перемычек или колец, возможен также повышенный местный износ в цилиндре как в верхней, так и в средней части. Далее необходимо определить ремонтный размер цилиндра. Это возможно только при наличии поршней ремонтного размера. Европейские фирмы нередко ставят величину номинального зазора на днище поршня. Например, фирмы MAHLE и KOLBENSCHMIDT указывают зазор в виде Sp.0.0.... Американские фирмы чаще указывают зазор на упаковочной коробке. Этот зазор приводится в дюймах и обозначается "Oil clearance" ("масляный зазор").
Встречается также задание зазора в виде таблицы в инструкции - тогда зазор можно найти по каталожному номеру поршня (TRW). Если зазор неизвестен, то для бензиновых двигателей с чугунными цилиндрами его можно примерно найти по формуле где D - диаметр цилиндра. Для дизелей зазор, рассчитанный по этой формуле, желательно увеличить на 0,01+0,02 мм. Для алюминиевых блоков зазор обычно лежит в пределах 0,02+0,03 мм независимо от диаметра цилиндра. В целом же следует иметь в виду, что при зазоре 0,04+0,06 мм нормально работают поршни подавляющего большинства двигателей независимо от диаметра и конструкции поршня. Очень важное значение имеет место измерения размера поршня. Если в инструкции нет каких-либо более точных указаний, то измерение следует проводить на юбке в сечении немного ниже отверстия пальца в плоскости, перпендикулярной его оси. Фирма TOYOTA для ряда моделей двигателей задает зазор по верхнему поясу юбки поршня под канавкой маслосъёмного кольца. При такой схеме следует проверить зазор по юбке и в ее нижней части - он не должен быть меньше 0,02 мм. В то же время у некоторых поршней зазор может быть задан у нижнего края юбки. Нередко размер поршня выбивается на его днище с точностью до сотых и даже тысячных долей миллиметра. Ремонтные поршни в одной упаковке, как правило, подбираются по размерам так, чтобы разница между ними не превышала 0,005+0,010 мм. По размеру поршня Dn и зазору 5 в цилиндре находится искомый размер, в который цилиндр растачивается и хонингуется: Оц = Dn + 8.
Следует соблюдать особую осторожность с заданием минимального зазора в цилиндре. Здесь действует правило - лучше, чтобы зазор был на 0,05 мм больше, чем на 0,01 меньше минимально допустимого. Пренебрежение этим простым правилом может повлечь за собой после ремонта двигателя целый ряд серьезных неисправностей. Обработка в минимально допустимый для данного поршня зазор возможна только при идеальной геометрии цилиндров, а именно: 1) отклонения формы (эллипсность, конусность, корсетность и т.д.) не более 0,002+0,003 мм; 2) неперпендикулярность осей цилиндра и коленчатого вала не более 0,01 мм на длине цилиндра; 3) непараллельность осей шатунных и коренных шеек не более 0,1 мм на 1 м длины; 4) непараллельность осей головок шатунов не более 0,01 мм на диаметре цилиндра. Для достижения таких параметров требуется строгое соблюдение технологий ремонта всех деталей двигателя. В частности, при ремонте блока необходимо: 1) предварительное растачивание цилиндров с припуском на хонингование не более 0,08 мм; 2) точная установка блока на станке по поверхности постелей коленчатого вала; 3) специальный порядок растачивания (сначала крайние цилиндры, затем, после охлаждения, средние); 4) высокая чистота поверхности при растачивании; 5) специальный порядок хонингования (аналогично п. 3). Если имеющееся оборудование или специалисты, на нем работающие, не могут обеспечить выполнение указанных требований, то задавать зазор в цилиндре следует не менее чем в 1,5+2 раза больше минимально допустимого.
Это имеет принципиальное значение для исключения разного рода "прихватов" и "задиров" деталей, особенно, в период первоначальной приработки. Определенные сложности возникают при ремонте "мокрых" гильз. Дело в том, что при закреплении в любом станке практически независимо от способа крепления гильза в той или иной степени деформируется. После обработки и снятии гильзы со станка внутренняя поверхность может иметь отклонения от цилиндричности свыше 0,02+0,04 мм. Если учесть, что "мокрые" гильзы после затяжки головки блока имеют несколько повышенную деформацию, высокое качество ремонта обеспечить в этом случае не удается. Вследствие указанных причин многие фирмы поставляют в запасные части только стандартные поршни с гильзами или без них. В то же время некоторые фирмы-изготовители запасных частей выпускают поршни ремонтного размера для двигателей с "мокрыми" гильзами. Существует несколько способов обработки "мокрых" гильз. Однако не все из них могут обеспечить требуемое качество обработки - малое (менее 0,015+0,020 мм) отклонение от цилиндричности. На стадии предварительной обработки гильзы можно растачивать, шлифовать или хонинговать. Растачивание часто выполняют на токарном станке. Однако недостатками этого способа являются необходимость применения специальных оправок, чтобы исключить коробление гильзы, и сложность выверки ее положения перед обработкой (требуется обеспечить малое биение на краях гильзы). Расточить гильзы можно на вертикально-расточном станке и не вынимая их из блока.
Для этого требуется зафиксировать гильзы специальными планками. Следует избегать больших усилий прижима, чтобы не деформировать гильзу. Достаточно высокая точность предварительной обработки обеспечивается на внутришлифовальном станке, однако недостатком способа следует признать его ограниченную доступность. Предварительная обработка гильзы может быть выполнена хонинговальной головкой с жесткой подачей брусков на вертикально-хонинговальном станке в специальной оправке или в самом блоке цилиндров. Как показывает практика, этот способ не является лучшим с точки зрения его производительности. Дело в том, что в отличие от блоков цилиндров, гильзы могут быть сделаны из специальных легированных износостойких чугунов или сталей, а это затрудняет предварительную обработку абразивными брусками. Можно сказать, что все указанные способы на стадии предварительной обработки дают определенное отклонение от цилиндричности. Поэтому геометрия цилиндра будет определяться способом финишной обработки, а именно тем, насколько финишная обработка исправляет отклонения от цилиндричности, полученные на стадии предварительной обработки. Исходя из этого, использование для хонингования гильз хонинговальной головки с подпружиненными брусками дает наибольшее отклонение от цилиндричности. В то же время для головки с жесткой подачей брусков результат зависит от закрепления гильзы в станке. Если гильза закреплена в блоке цилиндров или в оправке (см. выше), то отклонение от цилиндричности вряд ли получится малым. Наиболее удачным будет обработка гильз на горизонтально-хонинговальном станке при удерживании гильзы от проворачивания хомутом с рукояткой.
При таком креплении достигается минимальная деформация гильзы из всех рассмотренных способов. Как уже отмечено выше, одним из способов ремонта блока цилиндров является установка тонкостенных "сухих" гильз. Этот способ целесообразно применять при глубоком повреждении цилиндра, в том числе при наличии трещин, пробоин, глубоких рисок, что обычно наблюдается при поломке деталей поршневой группы или клапанов. Если изношенные цилиндры уже были сделаны ранее в последний ремонтный размер, то гильзование будет единственным возможным способом ремонта. Встречается также ситуация, когда невозможно найти ремонтные поршни с кольцами. Здесь гильзование можно назвать приемлемым способом ремонта, однако вполне возможно, что ремонтные комплекты просто плохо и не там искали. В последние годы на некоторых ремонтных предприятиях широко распространилась практика устанавливать гильзы буквально во все блоки подряд, чтобы затем обрабатывать их в размер старых, изношенных поршней. Обычно это оправдывается экономией денег заказчика, однако реально экономии не получается.
Возможная экономия в среднем 25% на один цилиндр не может компенсировать существенного увеличения количества и сложности ремонтных операций. Кроме того, эта экономия не может оправдать и изменения конструкции и материала цилиндра, роста тепловой напряженности деталей ЦПГ из-за ухудшения отвода тепла от цилиндра, ослабления поршня из-за необходимости расширения канавок под более высокие кольца и т.д. Это непосредственно снижает надежность и ресурс двигателя после ремонта. Таким образом, гильзование блоков под старые поршни является примером не вполне квалифицированного подхода к ремонту двигателя и не может рекомендоваться для широкой практики. Только для случаев, когда гильзование является единственным возможным способом ремонта, рассмотрим некоторые его особенности.
Гильзы могут быть установлены в блок по двум различным схемам  - "в упор" или "с буртом". По схеме "в упор" упрощается форма гильзы, но требуется точно растачивать блок. При этом длину цилиндра приходится несколько уменьшать. На гильзу в этой схеме все время может действовать осевое давление со стороны прокладки головки блока, а поскольку детали работают в цикле "нагрев-охлаждение", то гильза может сжиматься и растягиваться относительно стенок блока, если она изготовлена из материала с иным коэффициентом линейного расширения. Со временем это может привести к ослаблению посадки гильзы в блоке, потере герметичности и нарушению охлаждения гильзы и поршня. Схема "с буртом" не так чувствительна к различию в коэффициентах расширения материалов, и, кроме того, здесь значительно точнее можно обработать отверстие в блоке, чтобы выдержать нужный натяг. Помимо этого, вариант с упором гильзы в нижнюю часть блока неудачен при необходимости получения стандартного размера цилиндра. Оставшийся нижний пояс цилиндра, очевидно, не будет обработан по всей окружности, т.к. "попасть" с точностью в 0,01 мм так, чтобы поверхности гильзы и пояса совпали, практически невозможно. Тогда на стыке гильзы с необработанным участком пояса появляются острые кромки, способные повредить (подрезать) поверхность юбки поршня в НМТ. Вследствие указанных причин рекомендуется устанавливать гильзу по схеме с буртом. Если в блоке уже установлены гильзы, то необходимо удалить их. Для этого используются два основных способа - выпрессовка и растачивание.
Выпрессовку целесообразно применять при ремонте блоков цилиндров дизелей со штатными "сухими" гильзами. При выпрессовке старой гильзы ее гнездо, как правило, не повреждается. Поэтому установка новой гильзы, поставляемой в запасные части фирмами-производителями запасных частей, не требует каких-либо доработок отверстия в блоке. Если для такого блока гильза изготавливается специально, то крайне желательно сохранить размер отверстия под нее в блоке, т.е. необходимо обеспечить требуемый натяг за счет точного изготовления гильзы. В таких случаях доработка отверстий в блоке под нестандартные гильзы не позволит при последующих ремонтах использовать "фирменные" гильзы, что противоречит общим принципам ремонта. Удалить старую гильзу можно и растачиванием ее по внутреннему диаметру. Для этого необходимо установить блок на расточном станке, выверив положение блока по индикатору на расточной головке по верхней и нижней части цилиндра с точностью до 0,05 мм. При расточке диаметр цилиндра в несколько проходов постеленно увеличивается, а толщина стенки гильзы и ее натяг уменьшаются.
При достижении некоторой минимальной толщины стенки (обычно 0,1+0,3 мм) гильза "проворачивается" в отверстии, после чего ее можно удалить вручную, не повредив поверхности гнезда в блоке. "Грубая" выверка положения блока на станке, а также эксцентриситет внутренней и наружной поверхностей старой гильзы могут привести к повреждению гнезда в блоке при расточке. Тогда потребуется новая гильза с увеличенным наружным диаметром. При сильном повреждении цилиндра (трещины, пробоины) выверять положение блока на станке необходимо по соседним цилиндрам. По крайней мере, это предотвратит появление недопустимого перекоса оси новой гильзы в продольной плоскости блока. Указанные принципы сохраняются и для цельнолитых блоков традиционной конструкции, но с возможностью достаточно произвольного назначения наружного диаметра ремонтной гильзы. Рассмотрим порядок гильзования таких блоков более подробно. Вначале необходимо изготовить гильзу. Наиболее простой и дешевый материал, дающий вполне приемлемый ресурс - серый чугун с пластинчатым графитом. Он может быть легирован хромом, никелем, молибденом и другими элементами. Возможно также использование высокопрочных чугунов со сфероидальным (шаровидным) графитом, однако они иногда дают меньшую износостойкость и ресурс.
Гильза вытачивается из заготовки с таким наружным диаметром, чтобы в окончательном виде толщина стенки не была менее 1,5+2,0 мм. В некоторых случаях, когда в цилиндре имеется большая трещина или пробоина, толщину стенки желательно увеличить до 3,0+3,5 мм. По внутреннему диаметру необходимо оставить припуск порядка 0,2+0,3 мм (но не более 0,5 мм) для окончательной обработки. Наружный диаметр гильзы может иметь свободный размер (отверстие в блоке обрабатывается под готовую гильзу), но эллипсность и конусность не должна превышать 0,02 мм, а шероховатость Ra не хуже 1,25 мкм. Сверху на гильзе должен быть сделан упорный бурт высотой 3+4 мм с выступанием порядка 0,7+1,0 мм на сторону. На нижней кромке гильзы по наружной поверхности следует сделать фаску с углом не более 10" и длиной 5+6 мм, чтобы обеспечить свободный заход гильзы в гнездо. Не следует без необходимости делать гильзы с большой толщиной стенки (более 2 мм), а также устанавливать гильзы в блок с чрезмерно большим натягом (более 0,05+0,06 мм). В подобных случаях происходит деформация блока около гильзы, что приводит к деформации соседних с гильзой цилиндров. Вследствие этого при гильзовании только одного цилиндра "толстой" гильзой потребуется исправлять геометрию и соседних цилиндров, например, обрабатывать их в ремонтный размер, что сопряжено с дополнительными расходами при ремонте двигателя. В то же время на современных двигателях с близко расположенными цилиндрами установить гильзу так, чтобы не деформировать соседние цилиндры более чем на 0,01 мм, практически не удается.
Отверстие в блоке растачивается под готовую гильзу, но с припуском под хонингование 0,1+0,3 мм. При этом необходимо обеспечить глубину выточки под бурт гильзы не меньше высоты бурта (если гильза "провалится" ниже плоскости блока, работу придется делать заново или обрабатывать всю верхнюю плоскость блока, что не всегда допустимо). Хонингование блока под гильзу обеспечивает точное выдерживание размера (натяга) и, самое главное, гладкую поверхность отверстия, т.е. низкое термическое сопротивление в соединении гильзы и блока. Этот вопрос имеет важное значение для обеспечения нормального теплового режима поршня. Для чугунных блоков натяг ремонтной чугунной гильзы в отверстии должен составлять 0,05+0,07 мм. Аналогичную величину должен иметь натяг ремонтной гильзы в алюминиевом блоке с залитыми чугунными гильзами, если при установке гильзы цилиндр не растачивается более чем на 4+5 мм (по диаметру). По верхнему бурту гильзы необходим зазор 0,05+0,15 мм. Перед установкой гильзы, особенно в тот цилиндр, где была пробоина или трещина, на верхний пояс гильзы и нижнюю часть отверстия в блоке можно нанести тонкий слой жидкого клея или герметика. Основные требования к клею - затвердевание (полимеризация) в течение не менее 10+15 мин и термостойкость не менее 150°С.
Этим требованиям удовлетворяет довольно широкий спектр клеев и герметиков, включая различные эпоксидные композиции. Без клея существует опасность негерметичности посадки гильзы, что особенно нежелательно при ремонте блоков с пробоинами или трещинами в цилиндрах. Установка гильзы в чугунный блок может быть выполнена без нагрева и/или охлаждения деталей с помощью приспособления для запрессовки. Приспособление имеет опору на поверхности коренных опор блока, что позволяет запрессовать гильзы в блоки всех типов, включая V-образные. Запрессовка осуществляется медленным вращением винта (или гайки) приспособления до упора верхнего бурта гильзы в проточку блока. Нагрев блока до 150+180°С с одновременным охлаждением гильзы с помощью "сухого" льда (твердая углекислота - дает охлаждение гильзы до -80°С) или жидкого азота (охлаждение гильзы до -140°С) дает возможность установить гильзу в блок вручную, не прибегая к приспособлениям для запрессовки. Разность температур деталей в 60+70°С дает нулевой натяг (зазор), если натяг при нормальной температуре составляет 0,05 мм. Увеличение разности температур сверх указанной увеличивает и зазор при запрессовке, вплоть до значений 0,25+0,30 мм и более.
При таком зазоре гильза "проваливается" в блок без каких-либо приспособлений, но для удобства направления гильзы можно использовать простую цилиндрическую оправку с буртом, упирающимся в верхний торец гильзы. После установки гильзы можно проконтролировать надежность ее посадки "до упора", несколько раз ударив молотком по оправке. Однако запрессовывать гильзу "из-под молотка" не следует, чтобы не повредить детали и не переделывать потом работу заново. Ремонт цельноалюминиевых блоков более сложен. Основным способом ремонта блоков с твердым покрытием является установка чугунных ремонтных гильз, но с большим натягом - 0,08+0,10 мм. Это требует в обязательном порядке применения нагрева блока и охлаждения гильзы, чтобы гильза "встала" в блок свободно. Запрессовка гильзы в алюминиевый блок "вхолодную" недопустима - твердая гильза раздавливает (нагартовывает) верхний слой алюминия, в результате чего натяг автоматически уменьшается до 0,03+0,05 мм. После установки гильзы необходимо хонинговать ее так, чтобы зазор между штатным поршнем и чугунным цилиндром был не менее 0,05 мм, поскольку чугунная гильза меньше расширяется при нагреве, чем алюминиевый блок. Алюминиевые блоки без покрытия наиболее правильно ремонтируются с помощью специальных алюминиевых гильз, поставляемых в запасные части фирмами-изготовителями поршней для таких блоков (MAHLE и KOLBENSCHMIDT). Гильзы изготовлены из специального алюминиевого сплава, содержащего 25+30% кремния, что позволяет получить поверхность цилиндра, идентичную той, которая была у нового блока. Натяг алюминиевой гильзы может быть небольшой - достаточно 0,04+0,06 мм, однако устанавливать гильзу можно только с большой разностью температур, обеспечиваемой нагревом блока до 180°С и охлаждение гильзы в "сухом" льду или жидком азоте. В последнем случае можно уменьшить нагрев блока до 100 С. Перед установкой гильзы сопрягаемые поверхности должны быть чистыми, применение масла, клея и других жидкостей не допускается.
Основная сложность при установке алюминиевой гильзы заключена в том, что ее надо поставить быстро и сразу "до упора". Небольшая задержка здесь приводит к быстрому выравниванию температуры деталей и заклиниванию гильзы в промежуточном положении. Если это произошло, запрещается какая-либо допрессовка гильзы - алюминий имеет особенность "схватывания" на кристаллическом уровне. Тогда допрессовка приведет к задирам сопрягаемых поверхностей и поломке не только гильзы, но и блока цилиндров. "Прихваченную" в промежуточном положении гильзу нельзя также выпрессовывать - необходима повторная расточка гильзы из блока и замена ее на новую. Практика ремонта алюминиевых блоков без покрытия показала, что их можно гильзовать не только алюминиевыми, но и обычными чугунными гильзами.
При этом штатные поршни, имеющие покрытие железом, надежно работают по чугунной гильзе, если рабочий зазор в цилиндре будет увеличен до 0,04+0,06 мм (вместо 0,01+0,02 мм у алюминиевого цилиндра). Учитывая, что алюминиевая гильза имеет очень высокую стоимость (больше, чем цена поршня), установка чугунной гильзы вместо алюминиевой является альтернативным вариантом ремонта, особенно, для автомобилей прошлых лет выпуска. После установки гильзы проверяется и при необходимости спиливается напильником ее торец, выступающий над плоскостью блока, но не заподлицо. Окончательно плоскость может быть выровнена притиркой пастой с помощью чугунной притирочной плиты, а также фрезерованием или шлифованием со снятием минимального припуска со всей плоскости блока. У V-образных двигателей с приводом распределительного механизма цепью снимать с плоскости более 0,1 мм нежелательно, т.к. верхняя плоскость передней крышки распределительного механизма будет выступать вверх от плоскости блока. Если крышку не занизить на одинаковую с блоком величину, то прокладка головки может оказаться негерметичной по стыку крышки с блоком и у первого цилиндра.
 
9.5.2. Ремонт поверхностей постелей коренных подшипников блока цилиндров
 
Повреждения постелей коренных подшипников происходят при разрушении подшипников, а также вследствие неграмотного ремонта с применением сварки трещин и пробоин блока. В последнем случае обычно происходит деформация нескольких постелей, в результате которой их оси смещаются в сторону от общей оси. В эксплуатации коренные опоры блока получают повреждения, в основном, вследствие проворачивания вкладышей и/или их перегрева из-за нарушения подачи масла или сильной (более 0,4+0,5 мм) деформации вала. При перегреве коренных вкладышей (без их проворачивания) обычно деформируются крышки коренных подшипников блока, в то время как половины постелей, расположенные в блоке, остаются целыми из-за большой жесткости блока у опор. В целом повреждения постелей встречаются довольно редко - примерно в одном случае на 15+20 вышедших из строя двигателей. При обнаружении деформации или износа постели блока необходимо ремонтировать. В противном случае возможны задиры вкладышей после запуска, т.к. из-за возрастания нагрузки на вкладыши значительно - в сотни раз, ускоряется износ их и коренных шеек коленчатого вала. В изношенной постели вкладыш теряет натяг и тепловой контакт, что обычно довольно быстро приводит к его задиру и выходу двигателя из строя.
Проверку коренных постелей удобно проводить с помощью лекальной линейки. Для этого линейка устанавливается поочередно на каждые три расположенные рядом опоры и проверяется на покачивание у крайних опор вокруг средней. Необходимо проверить опоры в середине и на краях у плоскости разъема. Несмотря на кажущуюся примитивность и неточность проверки, данный способ позволяв! уловить смещение осей опор на 0,01 мм. Это вполне удовлетворительная для практики точность. Когда опора, на которой качается линейка, обнаружена, можно определить деформацию с помощью набора щупов, подкладывая тонкие - 0,02 мм и более, щупы под линейку у одной из крайних опор. Поскольку расстояние между опорами одинаково, то деформация опоры, расположенной в середине, будет равна примерно половине измеренного зазора между линейкой и одной из крайних опор. Если измеренная деформация равна примерно половине рабочего зазора в коренном подшипнике, то это значит, что в данном месте будет контакт вала со вкладышем.
При этом, если имеет место смещение оси опоры, то с противоположной стороны зазор окажется увеличен в два раза. Во время работы двигателя нагрузка на подшипники вала будет повышена, а, значит, ускорится и износ деталей. В отдельных случаях при еще больших перекосах на вкладышах в местах контакта могут появиться задиры, следы подплавления и разрушения рабочего слоя. Таким образом, ремонт постелей требуется в случаях, если смещение оси хотя бы одной опоры относительно общей оси превышает 0,010+0,015 мм, эллипсность отверстия опоры больше 0,02+0,03 мм, либо имеется износ отверстия из-за проворачивания вкладышей. При перегреве коренного подшипника без проворачивания вкладыша и последующем остывании в материале крышки у поверхности постели возникают напряжения растяжения. Пока крышка притянута болтами к блоку, отверстие постели имеет более или менее правильную геометрическую форму. Однако при ослаблении болтов под действием возникших напряжений крышка сжимается с одновременным искривлением ее опорной плоскости. В некоторых случаях напряжения могут быть настолько велики, что после перегрева и остывания на поверхности постели на крышке возникает трещина, и крышка ломается, оставаясь затянутой болтами. Деформированная крышка после ослабления и повторного затягивания болтов уже не дает правильной формы отверстия постели - у стыка края поверхности постели на крышке "свисают" внутрь, в некоторых случаях до 0,05+0,10 мм. Очевидно, что сборка двигателя с такой крышкой коренного подшипника приведет к его быстрому выходу из строя. Существуют различные способы ремонта постелей коренных подшипников, каждый из которых имеет те или иные достоинства и недостатки в зависимости от характера и степени повреждения поверхностей постелей. Основными способами ремонта постелей блока являются растачивание и хонингование. Общим для большинства способов ремонта постелей блока является необходимость предварительной обработки поверхности разъема блока и крышек.
Лучше всего эти поверхности шлифовать на плоскошлифовальном станке. Перед шлифованием крышек необходимо достаточно точно выставить их в станке, чтобы поверхность не оказалась перекошенной после обработки. Это особенно важно для крышки, в которую устанавливаются упорные полукольца - иначе нарушатся условия работы и снизится ресурс упорных подшипников. Обработка плоскостей разъема крышек в блоке нередко представляет собой более серьезную проблему.
Вследствие большой высоты стенок картера (расстояния от плоскости поддона до плоскости разъема крышек) требуется шлифовальный круг сравнительно большого диаметра, который может быть установлен не на всех станках. В случаях, если шлифование плоскостей разъема по технологическим причинам не удается, можно использовать фрезерование торцевыми фрезами.
Припуск на обработку поверхностей разъёма крышек определяется также, как и у шатунов. Исключения составляют случаи деформации опор, когда ось отверстия одной или нескольких опор смещается в сторону от общей оси. Тогда припуск на обработку должен быть увеличен, иначе не исключено, что сравнительно большая часть отверстия опоры около разъема останется необработанной. В таком случае отверстие может иметь большую эллипсность, а это крайне нежелательно из-за местного увеличения рабочего зазора в подшипнике. Далеко не во всех случаях при ремонте опор следует обрабатывать (занижать) поверхность разъёма крышек на блоке. Например, при проворачивании вкладыша в одной из опор вполне достаточно обработать только крышки блока (обычно снимается 0,1+0,2 мм). То же самое относится к случаям перегрева опор, при которых происходит "сжатие" крышек. Не у всех двигателей можно ремонтировать постели блока. Так, у двигателей с нижним положением распределительного вала и приводом его шестернями обработка постелей всегда приводит к уменьшению межосевого расстояния между шестернями. Обычно уже работавшая длительное время пара шестерен имеет достаточно большой зазор в зацеплении, что позволяет несколько уменьшить межосевое расстояние (например, на 0,03+0,07 мм).
Для новой пары это уменьшение скорее всего будет неприемлемым. Для других конструкций изменение межосевого расстояния между коленчатым и распределительным валами компенсируется натяжением цепи или ремня. После обработки поверхностей разъема блок и крышки необходимо мыть и продувать сжатым воздухом. Затем крышки устанавливаются в блок и затягиваются номинальным моментом. Наиболее доступным в настоящее время способом ремонта поверхностей отверстий в блоке является растачивание. Растачивание выполняется на горизонтально-расточных станках, имеющих большой "вылет" (ход) резца, который должен быть не меньше длины блока цилиндров. Перед растачиванием необходимо точно выверить положение блока в двух плоскостях - горизонтальной и вертикальной. Выверка в вертикальной плоскости не составляет большого труда, поскольку верхняя и нижняя плоскости блока параллельны оси постелей и являются базовыми. Основная задача здесь - обеспечить минимальный съем металла с той части отверстий постелей, которые расположены в блоке. Это необходимо по двум причинам. С одной стороны, надо стремиться к минимальному изменению геометрии блока при сдвиге оси коленчатого вала в сторону верхней плоскости. С другой стороны, поскольку на крышки блока приходится основная нагрузка, желательно, чтобы поверхность постели на крышке имела, по возможности, правильную геометрию. Это значит, что необработанные участки постели лучше иметь на блоке, чем на крышке. Выверить положение блока в горизонтальной плоскости сложнее.
Требуется обеспечить минимальный перекос осей (новой и старой) и равномерный (одинаковый) съём металла у плоскостей разъема крышек. Для этого достаточно проверить биение по индикатору, закрепленному на резцедержателе, у крайних опор блока. Растачивание выполняется твердосплавным или алмазным резцом с минимальной подачей и оборотами станка. Обычно требуется несколько черновых и один чистовой проход, при котором снимается припуск не более 0,03+0,05 мм. Поверхность, получаемая при растачивании данным способом, не всегда отличается хорошим качеством из-за возможной вибрации резцедержателя, однако размер может быть выдержан достаточно точно (до 0,01. мм). Улучшить качество поверхности при растачивании можно, если у резцедержателя сделать дополнительную опору. Для этого необходим специальный резцедержатель с креплением соосной ему борштанги. Борштанга представляет собой длинный шлифованный стержень, вращающийся вместе с резцедержателем и входящий в подшипник дополнительной опоры.
Желательно, чтобы диаметр борштанги был больше, что увеличивает жесткость системы. Дополнительная опора закрепляется на блоке цилиндров и имеет подшипник скольжения в виде бронзовой втулки. Крепление дополнительной опоры осуществляется после выверки положения блока при максимальном ходе резцедержателя. Еще лучше, если борштанга опирается на несколько подшипников. Возможна схема с двумя крайними подшипниками или с тремя-четырьмя (два - вблизи средних опор блока). Особенностью схемы с двумя опорами является возможность использования длинной борштанги (ее длина примерно в два раза больше длины блока) и одного резца. Это практически гарантирует одинаковый диаметр всех отверстий, но полностью исключить "дробление" удается не всегда из-за большого расстояния между опорами борштанги. Схема с двумя или более опорами позволяет использовать короткую борштангу, но тогда для каждого отверстия необходим свой резец. Это в значительной степени усложняет растачивание, т.к. требуется настройка каждого резца на один общий размер. В то же время данная схема обеспечивает хорошее качество, геометрию поверхности и соосность. Общим для схем с борштангой является возможность обработки блока не только на специализированных станках, но и на больших токарных станках. Борштанга должна иметь шарнирное соединение или муфту, связанную с патроном станка, а блок цилиндров устанавливается на столе станка, чем обеспечивается продольная подача. Здесь заключается еще одна сложность данных схем обработки, связанная с необходимостью точного выставления и крепления блока на станке. Таким образом, все схемы ремонта постелей растачиванием имеют те или иные недостатки, не позволяющие добиться качества, соответствующего новому блоку. Такое качество дает только хонингование отверстий постелей. Хонингование постелей выполняется специальными хонинговальными головками (оправками), имеющими несколько (обычно более 5+7) расположенных в один ряд брусков.
Подготовка блока к ремонту здесь аналогична описанной выше для растачивания. Хонингование может проводиться на специализированных автоматических и полуавтоматических станках, обеспечивающих автоматическую подачу брусков "на разжим" по уменьшению крутящего момента. Находят также применение достаточно простые станки с ручной подачей брусков и приводом хонинговальной головки (оправки) от дрели. Существенным преимуществом хонингования с жесткой подачей брусков для постелей блока является высокое качество поверхности, идеальные соосность и геометрия постелей. Учитывая это, а также то, что после длительной эксплуатации двигателя постели имеют определенную остаточную деформацию, многие зарубежные фирмы при выполнении сложного ремонта двигателей обрабатывают постели хонингованием в обязательном порядке. В то же время оборудование для хонингования достаточно дорого и далеко не всегда доступно. Поэтому пока основным способом ремонта постелей на отечественных ремонтных предприятиях, видимо, будет оставаться растачивание, несмотря на его, определенные недостатки. Если масляный насос двигателя расположен в передней крышке блока и приводится от носка коленчатого вала, то после ремонта постелей возникает несоосность коленчатого вала и ведущей шестерни насоса. Это вызывает повышенный износ деталей, а при величине несоосности (равной смещению оси постелей вверх) более 0,10+0,15 мм возможно заклинивание шестерен и поломка насоса. Поэтому после ремонта постелей необходимо "перецентровать" крышку с помощью оправки (скалки), зажимаемой в постелях. Отверстия в крышке под центрирующие штифты или втулки необходимо расширить в сторону, обратную смещению оси постелей (т.е. вниз). В отверстия наносится клеевая композиция, а на плоскости разъема деталей у штифтов и на сами штифты - разделительная жидкость (жидкий стеарин), затем крышка ставится на блок и притягивается болтами.
После полимеризации композиции крышка снимается с блока, а получившиеся новые центровочные отверстия обеспечивают соответствие новой оси постелей и ведущей шестерни насоса. При необходимости аналогичная работа может быть выполнена с держателем (крышкой) заднего сальника коленчатого вала, а также с картером сцепления коробки передач, если смещение оси постелей после ремонта превышает 0,3:-0,5 мм (несоосность постелей с первичным валом коробки передач приводит к повышенному износу деталей коробки передач и сцепления). При изменении центровки передней и задней крышек их нижние плоскости смещаются вверх относительно нижней плоскости блока, что может потребовать установки дополнительных прокладок под плоскости крышек. У некоторых двигателей передняя крышка блока выходит на верхнюю плоскость блока - тогда при смещении крышки вверх необходимо обработать (занизить) ее верхнюю плоскость, иначе не получится надежного уплотнения по стыку головки с блоком. У двигателей с сальниками коленчатого вала, устанавливаемыми в расточки, выполненные в блоке и крайних коренных крышках, после ремонта постелей отверстия (гнезда) под сальники становятся эллипсными (0,2+0,3 мм и более). При установке сальников их можно повредить из-за большого натяга, а уплотнительные свойства сальников ухудшаются вследствие их деформации. Поэтому в таких конструкциях после ремонта постелей необходимо дополнительно расточить поверхности под сальники соосно постелям. При сильном износе поверхности постели, обычно наблюдаемом после "проворачивания" коренных вкладышей, обработать всю изношенную поверхность удается только при сильном занижении плоскостей стыка (на 0,5+0,8 мм и более). Связанный с этим большой увод оси постелей вверх, с одной стороны, оказывается неприемлемым для многих двигателей, а с другой - требует большого объема доработок, например, помимо крышек блока может потребоваться подрезка днища поршней, чтобы уменьшить их выступание над плоскостью блока.
Поэтому в подобных случаях, как показывает практика, не следует стремиться к полной обработке всей поверхности поврежденной постели - вполне достаточно, если обработанная часть занимает 70+80% всей поверхности. Остальная часть поверхности - необработанная, оказывается у стыка крышки с блоком. Чтобы не ухудшить условия смазки вкладышей у такой постели из-за ее неправильной формы и значительного увеличения зазоров около плоскости стыка, оставшиеся необработанные участки поверхности постели могут быть восстановлены с помощью клеевых композиций. Для этого необходимо изготовить оправку (скалку) со шлифованной наружной поверхностью, диаметр которой больше диаметра постелей на 0+0,01 мм. После обезжиривания на необработанные участки постели наносится композиция, а на скалку - тонкий слой разделительной жидкости. Далее скалка устанавливается в постели, затем ставятся крышки, а их болты затягиваются рабочими моментами. После полимеризации композиции получается высокое качество восстановленных участков поверхности постели с небольшой эллипсностью ее отверстия (обычно 0,01+0,02 мм). Этого достаточно для надежной длительной работы подшипника. Как показывает практика, для двигателей прошлых лет выпуска, не имевших высокого форсирования, описанный способ ремонта может быть применен и без предварительного растачивания постелей. Однако следует иметь в виду, что все полимерные композиции являются в той или иной степени тепловыми изоляторами, и при покрытии ими большей части поверхности постели ухудшается теплоотвод от подшипника. Это может привести к перегреву вкладышей на режимах высоких частот вращения и нагрузок, особенно на тех коренных шейках, от которых нет отвода масла к шатунным шейкам.
Существуют и некоторые другие способы ремонта постелей без их расточки и хонингования. Так, если после перегрева постели крышка не имеет большой деформации, то ее можно "распрямить" с помощью гидравлического или винтового пресса, приложив усилие в середине при опоре на плоскость разъёма. Таким способом нередко удается "попасть" в прежний размер постели с точностью ±0,02 мм, что для многих двигателей является достаточным. Тем не менее, такой способ ремонта следует применять с большой осторожностью, чтобы не сломать крышку. После "разгибания" крышки можно добиться практически идеальной геометрии отверстия, если притереть с абразивной пастой поверхность крышки на скалке, имеющей диаметр постели. Недостатком этого способа является его большая трудоемкость, т.к. для точной подгонки крышки требуются многократные измерения и большое число операций, включая притирку на плите плоскости стыка крышки с блоком. У некоторых двигателей (MERCEDES-BENZ), имеющих очень точную обработку постелей, вместо перегретой и деформированной крышки легко подобрать хорошую крышку от другого блока, причем размер постели с новой крышкой может "попасть" в требуемый с точностью ±0,01 мм. Для других двигателей установка новой крышки обычно дает значительное отклонение формы отверстия, требующее подгонки не только в вертикальной плоскости, но и по плоскости стыка. В таких случаях более целесообразно растачивание постелей, чтобы избежать значительной потери времени на подгонку. Если в результате перегрева или неквалифицированного ремонта одна из коренных крышек оказалась сломанной, ее можно изготовить. Для этого необязательно, хотя и желательно, использовать чугун - вполне подойдет конструкционная сталь, например, марок 45, 40Х, ЗОХГСА и т.д.
Если предполагается совместное растачивание постелей с новой крышкой, то большой точности при изготовлении не требуется - достаточно обеспечить припуск на окончательную обработку постели порядка 0,2+0,5 мм и центрирование крышки в блоке (по боковым поверхностям, втулкам или штифтам, как у штатных крышек). Практика показывает, что новую крышку можно изготовить и без обработки всех постелей, т.е. сразу в окончательном виде. Для этого предварительно надо измерить у рядом стоящих крышек координаты оси отверстия постели - расстояние от плоскости разъема до верхней точки (линии) отверстия и смещение оси в плоскости разъема от середины расстояния между центрирующими элементами. Крышка предварительно изготавливается из круглой заготовки, в которой сразу растачивается отверстие с диаметром, равным диаметру постелей, строго перпендикулярно боковым поверхностям (торцам) заготовки. Далее формируется упрощенная конфигурация крышки с окончательной обработкой плоскости разъема от плоскости разъема до верхней точки отверстия.
Если обработка крышки ведется с высокой точностью (с допусками на основные размеры ±0,01 мм), то достаточно высока вероятность "попадания" в размер постели - новая крышка после затягивания болтов дает с ответной частью постели в блоке отклонения размеров и формы отверстия в пределах ±0,02 мм. Если полученная геометрия постели неудовлетворительна, ее можно довести подгонкой по плоскости стыка крышки, как это было описано выше. В эксплуатации встречаются случаи износа торцевых поверхностей опор блока цилиндров в результате проворачивания упорных полуколец или вкладышей с упорными фланцами. Подобные повреждения блока требуют обработки изношенных поверхностей на блоке и, возможно, установки новых упорных подшипников увеличенной толщины. Возможны различные варианты ремонта в зависимости от исходной конструкции упорных подшипников. Для конструкций с двумя упорными полукольцами, устанавливаемыми в блок, целесообразна обработка поврежденной торцевой поверхности опоры в блоке и установка одного или двух полуколец увеличенной толщины (в последнем случае следует учитывать сдвиг коленчатого вала вперед). При этом может потребоваться подварка крышки у плоскости стыка, чтобы полукольца не провернулись.
В конструкциях с двумя фланцевыми вкладышами можно расточить торцевые поверхности на крышке блока под полукольца, оставив фланцевым вкладыш только на блоке. Для такого варианта необходимо убрать фланцы со вкладыша на крышке, оставшиеся фланцы на блоке будут только препятствовать проворачиванию упорных полуколец. Аналогично можно выйти из положения в конструкциях с одним фланцевым вкладышем. Возможен вариант с переходом на четыре полукольца с расточкой торцевых поверхностей на блоке и крышке с двух сторон, но это более сложно. Расточка торцевой поверхности крышки выполняется на токарном станке с обеспечением перпендикулярности растачиваемой поверхности к поверхности постели. Глубина обработки рассчитывается в зависимости от толщины используемых полуколец, расстояния между упорными поверхностями на коленчатом валу и зазора в упорном подшипнике 0,05+0,10 мм. Расточка торцевой поверхности в блоке выполняется со снятыми крышками на расточном станке, имеющем необходимый вылет резца и диаметр резцедержателя меньше диаметра постелей. Расточку целесообразно проводить при фиксированном вылете резца поперечной подачей стола станка. Возможны и другие варианты ремонта в зависимости от имеющихся в наличии ремонтных вкладышей и/или полуколец, однако их использование должно быть проанализировано с точки зрения работоспособности и надежности в каждом конкретном случае.
 
9.5.3. Ремонт пробоин, трещин и деформаций блока цилиндров
 
Одним из наиболее распространенных дефектов блока цилиндров является деформация плоскости стыка с головкой. Деформация возникает, как правило, вследствие перегрева двигателя или перетяжки болтов крепления головки. Часто после длительной эксплуатации плоскость деформируется на 0,03+0,05 мм (редко больше), при этом на плоскости в зоне перемычек между цилиндрами наблюдается наибольший "провал". Иногда встречается деформация у резьбовых отверстий болтов, имеющая характер выпуклости. Ремонт верхней плоскости блока обязателен при деформации выше указанной. Обработка плоскости может быть выполнена притиркой с абразивной пастой на плите, фрезерованием или шлифованием. При этом нежелательно снимать с верхней плоскости более 0,1+0,2 мм. Деформации менее 0,02+0,03 мм могут быть оставлены на блоке без исправления, однако следует учитывать, что идеальные поверхности стыка с головкой повышают надежность соединения. Именно поэтому многие зарубежные фирмы при сложном ремонте двигателя всегда обрабатывают верхнюю плоскость блока.
Пробоины в стенках блока являются следствием разрушения шатуна и попадания его частей между стенкой блока и щекой коленчатого вала. При этом наиболее часто пробоина появляется в середине стенки (по высоте) между нижним краем цилиндра и плоскостью поддона. Иногда, когда место удара смещается вверх, а главный масляный канал расположен низко, шатун может выбить из блока часть масляного канала. Обычно блоки подавляющего большинства двигателей имеют такую конструкцию, что при ударе шатуна нижнее продольное ребро жесткости, идущее по плоскости разъема поддона, остается целым. Исключение составляют старые двигатели, где плоскость разъема крышек и поддона совпадают. Здесь удар часто приходится именно по ребру - разъему поддона. Это усложняет ремонт, т.к. требуется восстановление силовой связи по разрушенному ребру. Часто встречающийся дефект блоков - продольные трещины в рубашке охлаждения вследствие замерзания охлаждающей жидкости. Реже наблюдаются трещины на верхней плоскости в перемычках между цилиндрами и рубашкой. Такие трещины могут быть следствием как «размораживания» блока, так и перетяжки болтов головки блока или перегрева двигателя.
После даже весьма больших разрушений в нижней части блока отверстия постелей редко имеют сколько-нибудь заметную остаточную деформацию.
Следовательно, одна из основных задач ремонта таких блоков - не создать дополнительных напряжений в материале блока, чтобы не нарушить его геометрию. В противном случае придется обрабатывать деформированные отверстия постелей и, не исключено, цилиндры блока. Поэтому к выбору способа ремонта поврежденного блока цилиндров следует относиться с особой осторожностью. Прежде, чем подробно рассмотреть способы ремонта трещин и пробоин блоков, необходимо сделать следующее замечание. Наиболее распространенные в прошлом методы ремонта блоков различными видами сварки часто являются и наименее удачными. Практически независимо от места пробоины и трещины сварка после локального нагрева и последующего охлаждения дает остаточные напряжения, которые приводят к той или иной деформации блока.
Например, при сварке в нижней части блока во всех без исключения случаях происходит деформация постелей коренных подшипников. При этом оси опор, расположенных вблизи места сварки, отклоняются от общей оси. Это отклонение (или деформация) может быть весьма малой, порядка 0,005+0,010 мм, однако чаще всего она превышает допустимые пределы (0,01 мм). Помимо этого, после сварки может возникать деформация цилиндров, а также нижней плоскости блока. Первое обстоятельство приводит к необходимости растачивания и хонингования цилиндров в ремонтный размер, второе - к обработке нижней плоскости, иначе может быть плохое прилегание или даже негерметичность поддона, особенно, если он литой из алюминиевого сплава. Несмотря на указанные недостатки, применение сварки при ремонте блоков в некоторых случаях может быть вполне оправдано. Так, если постели блока повреждены и их необходимо ремонтировать, то сварка вряд ли ухудшит ситуацию. Кроме того, сваркой удобно ремонтировать различные кронштейны и проушины блоков, расположенные так, что местный нагрев не вызовет деформаций основных поверхностей. Сварка чугунных блоков может выполняться различными способами. Например, эпектродуговая сварка (в том числе, в среде аргона), несмотря на небольшой местный прогрев детали, не дает, как правило, качественного и прочного шва. Использование газовой сварки требует разогрева детали до высокой температуры (600+750°С). После сварки и остывания возможно сильное коробление блока и даже появление трещин вблизи сварного шва, если режимы нагрева и охлаждения выбраны неправильно. Неплохие результаты иногда дает сварка чугунных блоков в среде углекислого газа, достоинства которой - малый прогрев и коробление блока, а также более высокое качество сварного шва без необходимости сильного нагрева блока. В цепом следует отметить, что, несмотря на большое количество сварочного оборудования, появившегося в последние годы, сварка чугунных блоков цилиндров остается еще не вполне решенной проблемой, и качество ремонта в значительной степени зависит от квалификации сварщика. При сварке блоков цилиндров из алюминиевых сплавов хорошие результаты обеспечивает аргонно-дуговая сварка с обязательным предварительным нагревом блока до 180+220°С и медленным охлаждением. Однако при наличии большого количества кремния и легирующих элементов в сплаве трудно добиться высокого качества сварного шва.
Другие возможные способы сварки (дуговая, газовая) для достаточно тонких алюминиевых блоков двигателей иностранных автомобилей практически неприменимы, т.к. дают очень большой разогрев и последующее коробление блока. Практика показывает, что при сварке блоков цилиндров вполне реальной является решение задачи восстановления прочности и жесткости, однако не следует рассчитывать на полную герметичность. Поэтому после сварки целесообразно герметизировать швы, используя, например, различные клеевые композиции на основе полимерных смол. Технология герметизации швов проста и практически не отличается от приводимой далее технологии клейки трещин и пробоин блоков. Таким образом, применение сварки для ремонта блоков возможно, но требует большой осторожности и приводит обычно к значительному усложнению и удорожанию ремонтных работ. В этой связи предпочтение необходимо отдавать другим способам ремонта и. в частности, склейке. В последнее время получили распространение различные клеевые композиции для металлов (сталь, чугун, алюминиевые сплавы) на основе синтетических смол. Такие композиции известных фирм LOCTITE, BELZONA, JBWeld и некоторых других обладают высокой механической прочностью, адгезией к металлу и выдерживают достаточно высокие температуры - до 200+250 и даже 300°С. В состав композиций входят пластификатор и металлический наполнитель, что приближает свойства композиции после ее отвердения к основному металлу блока. Это является очень важным, поскольку блок цилиндров работает в условиях больших перепадов температур и большого числа циклов нагрева-охлаждения. В таких условиях может работать далеко не всякий клей. В частности, ранее широко известные эпоксидные смолы обычно через довольно короткое время дают трещины, из-за чего прочность и герметичность места склейки резко падает. Композиции для клейки блоков должны также обладать плохой текучестью, иначе сам процесс ремонта будет значительно затруднен из-за ухода (стекания) композиции от места склейки и невозможности положить композицию толстым (до 10+12 мм) споем. Если необходимая композиция выбрана, можно приступить к ремонту. Технология клейки зависит от места повреждения блока.
Рассмотрим последовательность ремонтных операций для наиболее распространенных повреждений в виде отверстия неправильной формы в нижней части блока. 1. Подготовка блока. Необходимо тщательно зачистить наружную поверхность вокруг отверстия шириной 20+25 мм. Для этого лучше всего использовать ручную дрель с набором шарошек.2. Из листовой стали толщиной 0,5+0,8 мм нужно вырезать накладку, которая перекрывала бы пробоину по контуру на 15+20 мм. Поскольку наружная поверхность блока имеет обычно сложную форму, то сначала лучше сделать картонный шаблон, подогнать его по месту и далее по нему вырезать стальную накладку. Накладка должна хорошо прилегать по большей части поверхности, но на отдельных участках со сложным рельефом допускается неприлегание - отставание накладки от блока на 5+8 мм. В тех местах, где накладка хорошо прилегает к блоку, в накладке сверлятся отверстия диаметром 7 мм. Количество отверстий зависит от размеров пробоины - желательно выдерживать расстояние между отверстиями 30+60 мм. 3. Приложив накладку к блоку, размечаются (по отверстиям в накладке) и затем сверлятся отверстия 05,0+5,2 мм в блоке. После этого метчиком в отверстиях нарезается резьба Мб. В тех местах, где стенки блока относительно тонкие (до 10 мм) можно сверлить отверстия насквозь.
Для более толстых стенок лучше делать глухие отверстия. При разметке и сверлении отверстий следует избегать попадания в различные каналы блока - как масляные, так и системы охлаждения. 4. Поверхности блока и накладки обезжириваются ацетоном или растворителем и просушиваются. Подготовленная композиция наносится на поверхности накладки и блока. Накладка прижимается к блоку и заворачиваются все винты Мб. Композиция, выдавленная из-под накладки, аккуратно удаляется. После полимеризации композиции и окраски блок готов к сборке. Описанный способ ремонта хорошо зарекомендовал себядля небольших пробоин размером не более 50+70 мм. Для более серьезных пробоин следует использовать две накладки - не только снаружи, но и внутри блока. Тогда отверстия в блоке должны иметь диаметр 05,5+6,0 мм, а вместо винтов Мб следует использовать болты М5 с гайками. В этом случае клеевая композиция должна целиком заполнить пространство пробоины между внутренней и наружной накладками. Очевидно, отремонтированный таким способом блок будет иметь большую жесткость и прочность, однако данный способ более трудоемок. Если у блока выбита часть нижнего ребра жесткости, помимо боковых накладок необходимо использовать стальную стяжку. Стяжка делается из стальной полосы толщиной 2+3 мм и устанавливается с боковой стороны блока на винтах или болтах. Наилучший вариант стяжки - стальной уголок, одна из сторон которого является продолжением нижней плоскости блока, для чего части нижней плоскости, прилегающие к месту пробоины, должны быть углублены для установки уголка заподлицо. Уголок, помимо крепления сбоку, может быть прижат к нижней плоскости винтами с потайной головкой. С помощью стяжек можно ремонтировать блоки с большими пробоинами (до 100+150 мм), выходящими на нижнюю плоскость.
Различные трещины, возникшие вследствие размораживания и проходящие по наружной поверхности блоков, также могут быть заделаны с помощью накладок. В этом случае накладки могут быть выполнены не только из листовой стали, но и из стеклоткани. Однако существенным преимуществом металлических накладок является их безусловная надежность: на практике не наблюдалось каких-либо признаков отслоения или не герметичности, чего нельзя сказать о накладках из стеклоткани, когда, например, поверхность блока плохо подготовлена. С трудом поддаются ремонту блоки с продольными трещинами, проходящими около приливов в стенках для болтов крепления головки блока. Если с помощью накладок заклеить такой блок, то после затягивания болтов головки из-за больших напряжений в месте склейки может появиться отслоение композиции и негерметичность.
Поэтому рекомендуется ремонтировать такие блоки (ставить накладки) после установки головки и затягивания болтов. Когда при разрушении стенки блока выбивается часть масляного канала, ремонт усложняется, поскольку требуется восстановить и загерметизировать канал. Для каналов без давления лучше использовать накладку. При серьезных дефектах, а также для каналов с давлением надежным способом ремонта является установка в канал тонкостенной трубки, закрывающей пробоину. Трубка может быть вставлена в канал через его открытое отверстие после снятия соответствующей заглушки. Иногда этого сделать нельзя, тогда отрезок трубки может быть установлен в канал сбоку после разделывания пробоины. При таком способе желательно использовать также накладку с болтами, прижимающую трубку. Наибольшие трудности возникают при ремонте трещин на верхней плоскости блока. Такие трещины возникают от «размораживания », перетяжки болтов или сильного перегрева двигателя и могут проходить через резьбовое отверстие болтов, рубашку охлаждения и вертикальные масляные каналы подачи или слива масла.

Это требует нередко специальных способов ремонта и соблюдения определенных правил.
1. Необходимо проверить состояние плоскости блока. В подавляющем большинстве случаев трещина приводит к деформации плоскости.
2. Если трещина проходит через резьбовое отверстие, вместо болта следует использовать шпильку. Шпилька может быть сделана из соответствующего болта и завернута в отверстие на клею (разумеется, после исправления деформации плоскости блока). В крайнем случае можно использовать болты, а в отверстие перед установкой головки нанести герметик. Следует отметить, что установка шпилек нередко является единственно возможным способом ремонта блока, если из-за перетяжки болтов сильно повреждена резьба или треснул прилив на блоке у резьбового отверстия. В этом случае рекомендуется также углубить отверстие и увеличить в нем длину резьбы, если это возможно.
3. Если трещина проходит через масляный канал круглого сечения, его можно рассверлить и установить на клею тонкостенную трубку, выходящую заподлицо с верхней плоскостью блока. Для некруглых каналов установка трубки затруднена, однако возможна, если трубку свернуть и спаять из тонкой 0,2+0,3 мм стальной полосы.
4. Основная задача ремонта трещин на верхней плоскости - не сделать плоскость такой же "монолитной", как у нового блока (это невозможно), а исключить возможность взаимных перетеканий рабочих жидкостей. Эта задача осложняется наличием прокладки головки, отверстия в которой не совпадают с отверстиями каналов в блоке и головке. Учитывая это, при ремонте верхней плоскости блока необходимо разделать трещины на глубину 0,7+1,0 мм, после чего обработать верхнюю плоскость, чтобы убрать на ней все провалы и выступы вблизи трещин. Далее надо выполнить все работы согласно пунктам 2 и 3. Перед установкой прокладки следует нанести на разделанные трещины клей, после чего установить прокладку, головку блока и затянуть болты. Затяжка болтов должна быть меньше номинальной на 20+30%, иначе верхняя плоскость может сильно деформироваться у трещин, что может снова привести к негерметичности стыка головки и блока. Другим способом герметизации трещин - как на верхней плоскости, так и на других поверхностях блока, является установка штифтов.
Суть способа заключена в установке вдоль трещины "перекрывающих" друг друга штифтов. Для этого на краях трещины сверлятся отверстия глубиной не менее 10 мм, в которых нарезается резьба М5 или Мб. В отверстия заворачиваются штифты, изготовленные из мягкой стали (например, стали 20). Перед установкой штифты покрываются клеевой композицией. Длина штифтов должна быть на 2+3 мм больше длины отверстия, поэтому после установки штифт спиливается заподлицо с поверхностью. Другие штифты, расположенные между крайними, устанавливаются под углом так, чтобы один штифт входил в другой. Таким образом, перекрытие штифтов обеспечивает полную герметизацию трещины по всей длине. Помимо этого, резьба штифтов препятствует сдвигу материала блока по разные стороны от трещины. Поэтому штифтование является предпочтительным для ремонта верхней плоскости блоков, а также может применяться для ремонта других трещин на блоках. В целом способы ремонта повреждений блоков в виде трещин и пробоин зависят от конструкции блока, места и размеров дефектов, поэтому должны выбираться в каждом конкретном случае, исходя из имеющегося опыта, материалов и оборудования для ремонта. В то же время следует помнить, что после ремонта некоторых повреждений и, в частности, трещин, всегда имеется вероятность появления негерметичности через более или менее короткое время эксплуатации. Поэтому на некоторых иностранных ремонтных предприятиях блоки цилиндров с трещинами в ответственных местах, как правило, отбраковывают.
 
9.5.4. Основы технологии подбора и доработки поршневых колец
 
В запасные части для ремонта многими фирмами поставляется очень широкая номенклатура поршневых колец как стандартных, так и ремонтных размеров (см. Приложение 2). При этом для подавляющего большинства двигателей могут быть найдены (заказаны) кольца стандартного размера и ремонтного увеличения +0,50 мм. Кольца остальных ремонтных размеров (например, +0,25; +0,75; +1,0 мм) более редкие и не для всех двигателей их можно приобрести. На практике также возможны случаи, когда при малом (но еще допустимом) износе цилиндров и юбок поршней сильно изношены кольца и канавки поршней, вследствие чего кольца стандартной высоты уже не могут быть установлены на старые поршни. Нередко одна и та же модель двигателя на протяжении нескольких лет выпуска претерпевала некоторые изменения в конструкции, при которых изменялась высота колец. На многие старые (выпуска до 70 г.) и на некоторые двигатели, например, выпускавшиеся небольшой серией и непродолжительное время, а также не поставлявшиеся на экспорт из страны-производителя, довольно проблематично найти поршневые кольца. Во всех перечисленных случаях, когда найти необходимые кольца не удается, рекомендуется подбор колец с других двигателей, кольца которых имеют сходные размеры.
В данном случае речь, безусловно, не идет о распространенных моделях MERCEDES- BENZ, BMW, VOLKSWAGEN, AUDI, GM, FORD и многих других. Однако для некоторых моделей TOYOTA вопрос о приобретении колец уже не решается так однозначно. При подборе колец в начале необходимо строго разграничить поршневые кольца для бензиновых и дизельных двигателей. Если необходимы кольца для дизеля, то выбирать их можно только среди колец для дизелей. Попытки поставить на дизель кольца от бензиновых двигателей, даже если они имеют те же размеры, нередко заканчиваются уже через 10+20 тыс. км полным износом как колец, так и цилиндров. Как уже отмечалось, это связано со значительно более высокими нагрузками на компрессионные кольца у дизелей. Поскольку дизелей выпускалось и выпускается относительно немного, то подобрать на дизель кольца с другого двигателя (и тоже дизеля) иногда довольно трудно. Для бензиновых двигателей такой проблемы практически нет. При подборе колец, предназначенных для других двигателей, а также колец, выпущенных разными фирмами, следует обращать внимание на материал и покрытие. Замена покрытия, например, молибдена на хром, обычно приводит к снижению ресурса двигателя после ремонта, поскольку покрытие и материал блока должны быть подобраны друг к другу.
Некоторые фирмы поставляют в запасные части несколько вариантов колец, в том числе встречаются комплекты, где верхние кольца не имеют покрытия. Такие кольца не следует использовать при ремонте, поскольку ресурс их и цилиндров после ремонта редко превышает 10+20 тыс. км. Практика показывает, что после пробега 4+5 тыс. км зазор в замке верхних колец без покрытия может увеличиться от 0,3+0,4 мм до 0,8+1,0 мм, а износ цилиндров в зоне остановки верхних колец может достигнуть 0,04+0,05 мм. В то же время кольца с покрытием при прочих равных условиях дают аналогичные цифры обычно после 80+100 тыс. км. Нередко фирмы, производящие поршневые кольца, делают замену одного типа колец на другой. Например, коробчатое маслосъемное кольцо с эспандерной пружиной иногда заменяется на наборное с дисками и двухфункциональным расширителем. Это может привести к недостаточной смазке верхнего компрессионного кольца и юбки поршня. Особенно опасна такая замена у дизелей. Если подавляющее большинство бензиновых двигателей имеют компрессионные кольца прямоугольного сечения, то у дизелей нередко применяются верхние трапецеидальные кольца. Естественно, замена конфигурации колец в этом случае не допускается. Очень важно, чтобы у выбранного комплекта колец высота маслосъемного кольца совпадала со штатным. Основной ряд высот маслосъёмных колец - 2.0; 2,5; 2,8; 3,0; 3,5: 3,96 (5/32"), 4,0; 4,75 (3/16"); 5,0 мм. Следует обратить внимание на наиболее распространенную высоту 4,0 мм и ее малое отличие от высоты 5/32".
Установка коробчатого кольца высотой 5/32" в канавку кольца 4,0 мм приведет к повышенному расходу масла из-за большого зазора в канавке (порядка 0,09+0,11 мм). В то же время для наборных колец с двухфункциональным расширителем обычно это не столь существенно. Кольцо высотой 4,0 мм в канавку кольца 5/32" не войдет. Кольца высотой 5/32" часто использовали фирмы FIAT, FORD и некоторые другие. При подборе колец важно, чтобы радиальная ширина у выбранного варианта не превышала исходную, иначе кольцо не войдет в канавку поршня по глубине. По этой причине не удается, например, использовать коробчатые маслосъемные кольца вместо наборных, т.к. они всегда имеют увеличенную радиальную ширину. Все особенности конструкции конкретных колец приведены в каталогах фирм-производителей или поставщиков колец. Некоторая краткая информация по размерам колец содержится в Приложении 2. При подборе колец следует помнить, что ремонтные кольца некоторых моделей могут быть стандартными для других и наоборот. Имея информацию по кольцам, поставляемым большим количеством фирм, не всегда удается найти комплект, в котором все кольца совпадают по высоте со штатными. Выбранный комплект должен иметь такие же или более высокие кольца. В последнем случае возможны два варианта - доработка (протачивание) соответствующих канавок на поршне или доработка (шлифование) колец в требуемую высоту. Протачивание канавок на поршне под более высокие кольца не является удачным вариантом.
При увеличении высоты канавок неизбежно уменьшается высота перемычек, что резко отрицательно сказывается на прочности и надежности поршня. Поэтому предпочтитепьнее шлифование колец в требуемую высоту, хотя это несколько ухудшит их характеристики. При этом не следует шлифовать коробчатые маслосъемные кольца - по высоте они должны соответствовать штатным. Шлифование компрессионных колец выполняется на плоскошлифовальном станке. Кольцо устанавливается на магнитном столе станка и должно быть зафиксировано от срыва со стола - например, обложено специальными стальными плитками, "вложено" в другое кольцо или оправку. При шлифовании необходимо снимать одинаковый припуск с каждой стороны кольца. Нельзя шлифовать молибденированные кольца, у которых для удерживания молибденового слоя выполнена канавка на наружной поверхности - это может привести к разрушению покрытия при шлифовании или работе кольца в двигателе. После шлифования следует аккуратно снять заусенцы на краях рабочей поверхности колец.
При шлифовании следует ориентироваться на стандартные, принятые во всем мире высоты компрессионных колец. Этот ряд наиболее употребляемых высот выглядит так: 1,2 мм (3/64"); 1,5 мм; 1,6 мм (1/16"); 1,75 мм; 2,0 мм (5/64"); 2,5 мм; 3,0 мм. Допуск на высоту обычно дается в минус на 0,01+0,02 мм. Иногда требуется уменьшить высоту колец на несколько сотых миллиметра. Лучше всего это сделать притиркой на плите с помощью абразивной пасты 28+40 мкм. Для притирки удобно использовать оправки, обеспечивающие равномерное давление кольца на плиту и равномерный съем металла. Однако, если необходимо уменьшить высоту кольца больше, чем на 0,03+0,04 мм, следует воспользоваться шлифованием. При большом съеме металла притирка становится весьма трудоемкой операцией, а качество притертого кольца значительно ухудшается, т.к. его высота становится существенно различной по окружности (разница может достигать 0,02 мм и даже более). Несмотря на огромную номенклатуру колец, приводимых в каталогах различных фирм, на практике встречаются случаи, когда нужных колец найти не удается. Иногда есть возможность найти только кольца, имеющие высоту меньше, чем необходимо. Тогда в качестве самой крайней меры и только для бензиновых двигателей с низким уровнем форсирования можно рекомендовать способ установки дополнительного дистанционного кольца. Дистанционное кольцо изготавливается из стали, его толщина (высота) не должна быть меньше 0,5 мм, иначе его трудно изготовить. Торцы кольца должны быть отшлифованы, наружный диаметр следует выполнить на 0,5+1,0 мм меньше диаметра цилиндра. Скорее всего при использовании дистанционного кольца потребуется протачивание канавки поршня. Следует также помнить, что этот способ ухудшает уплотняющее действие колец, увеличивает износ цилиндров, канавок поршней и самих колец и иногда приводит к прогару поршней. Крайне редки ситуации, когда не удается подобрать колец нужного диаметра. Обычно это характерно для малолитражных двигателей, имеющих диаметр цилиндра менее 70 мм.
В таких случаях единственным способом является переход на другой диаметр - меньший при помощи установки "сухих" гильз или больший - растачиванием цилиндров. Это предполагает использование поршней соответствующего диаметра. Не следует рассчитывать на кольца, изготовленные по заказу на неспециализированных производствах. Технология изготовления колец в массовом производстве характеризуется большой сложностью и точностью. Ее упрощение в единичном производстве всегда дает серьезное ухудшение качества практически по всем основным характеристикам кольца. Это приводит к тому, что надежность и ресурс таких колец, а также поршней и цилиндров после ремонта будут снижены в лучшем случае в полтора-два раза.
 
9.5.5. Ремонт и изготовление поршней и поршневых пальцев
 
Как уже отмечено, поршни в эксплуатации могут получить различные повреждения, большинство которых требует их безусловной замены. Однако в некоторых случаях неисправные поршни могут быть отремонтированы.
К таким случаям относятся: 1) износ отверстия под палец или задиры в отверстии вследствие заклинивания пальца; 2) деформация юбки поршня вследствие перегрева двигателя: 3) износ канавок колец; 4) локальная пробоина небольшого размера в днище поршня (например, при обрыве клапана или попадании постороннего предмета в цилиндр), при которой не повреждены огневой пояс и перемычки между канавками колец. Возможность ремонта поршней во втором и четвертом случаях в значительной степени условна и является крайней мерой. Не подлежат ремонту поршни с различными трещинами, прогарами и поломками, в том числе огневого пояса, юбки и бобышек. Различные повреждения поверхности отверстий бобышек ремонтируются в зависимости от степени повреждения. Так, при заклинивании пальца в отверстии появляются задиры
Если площадь поврежденной поверхности относительно невелика, то отверстие может быть отремонтировано хонингованием. При этом диаметр отверстия не должен увеличиться более, чем на 2+4 мкм. Хонингование отверстия выполняется на горизонтально-хонинговальном станке при удерживании поршня от проворота вручную. Для хонингования могут быть использованы специальные оправки с одним бруском и двойным башмаком. В крайнем случае, отверстие может быть обработано разверткой, однако качество поверхности после развертывания хуже. В дальнейшем это может отразиться на ресурсе поршня и пальца. Если площадь повреждения в отверстии велика, то следует увеличить диаметр отверстия на 0,05+0,20 мм под ремонтный палец, используя изложенные выше способы. Увеличение отверстия предполагает установку ремонтных поршневых пальцев, как правило, не изготавливаемых и не поставляемых в запасные части. Поршневые пальцы ремонтного размера требуют увеличения отверстия в шатуне. Если посадка пальца в шатуне - прессовая, то в дальнейшем в конкретный шатун подойдет только нестандартный палец, что может существенно затруднить следующий ремонт двигателя. Поэтому ремонтные пальцы допускается использовать, только если они "плавающие". Тогда втулка верхней головки шатуна обрабатывается так же, как и отверстия бобышек поршня, но под больший зазор в соединении с пальцем (для бобышек - 4+6 мкм, для втулки шатуна -10+12 мкм). В практике ремонта встречаются случаи, когда стандартный палец теряет натяг в шатуне (например, вследствие перегрева и затем быстрого охлаждения шатуна при установке пальца). Тогда применение ремонтных пальцев является единственным способом сохранить шатуны с деформированным отверстием верхней головки, не меняя их на новые.
Это предполагает хонингование отверстий в верхней головке шатуна (натяг в соединении с пальцем 0.02+0,04 мм). Изготовление ремонтных поршневых пальцев не составляет большой проблемы для обычных машиностроительных производств. Наилучшим материалом является хромоникелевая сталь 12ХНЗА или ее аналоги (20Х2Н4А). Палец вытачивается с припуском на окончательные шлифование и доводку, при этом внутреннее отверстие не должно иметь грубой поверхности для исключения возникновения усталостных трещин. Далее палец цементируется на глубину 0,6+0,8 мм и термообрабатывается до HRC3 58...62 (закалка и отпуск). После шлифования на бесцентрошлифовальном станке или в центрах на круглошлифовальном станке наружная поверхность доводится до заданных размера и шероховатости. Высокое качество окончательной обработки обеспечивает притирка наружной поверхности абразивной пастой в специальной разрезной гильзе. Припуск на окончательную доводку дается в пределах 4+10 мкм в зависимости от качества шлифования - чем оно выше, тем меньше припуск. В окончательном виде палец должен иметь отклонение от цилиндричности не более 2+3 мкм и шероховатость Ra желательно не хуже 0,16 мкм. Более "грубая" поверхность может ускорить износ отверстия в период приработки. Уменьшение размера юбки из-за износа или деформации (сжатия), например, вследствие перегрева поршня, может быть устранено несколькими способами. Первый способ предполагает сжатие поршня по бобышкам, т.е. в направлении вдоль оси отверстий под палец.
Этот способ рекомендуется использовать при небольших деформациях - не более 0,10+0,25 мм. Перед сжатием в поршень обязательно необходимо установить технологический палец, который будет препятствовать развороту бобышек друг относительно друга. Если поршень деформирован или изношен не более, чем на 0,05+0,07 мм, сжатие можно выполнить в холодном состоянии. Для этого поршень зажимается в тиски с помощью прокладок, обеспечивающих давление у отверстий бобышек. При сжатии необходимо контролировать размер по юбке. Практика показывает, что остаточная деформация после снятия нагрузки будет только при таком сжатии, в процессе которого размер юбки увеличивается более, чем на 0,5 мм. В несколько приемов следует добиться, чтобы размер юбки в свободном состоянии стал на 0,02:0,03 мм больше, чем необходимо.
Далее поршень помещается в печь или духовой шкаф с температурой порядка 200°С и выдерживается в течение двух часов. После остывания поршня следует проконтролировать размер юбки и при необходимости повторить деформацию. Если размер юбки окажется больше номинального, необходимо обработать юбку. Не следует обрабатывать юбку на станках, если требуется снять несколько сотых миллиметра. Для этого лучше всего подходит бархатный напильник, которым следует равномерно обработать поверхность в направлении поперек оси поршня, контролируя размер юбки микрометром. При обработке следует добиваться, чтобы нижняя часть юбки (около 60% длины) имела одинаковый максимальный размер. При деформации юбки на 0,08+0,20 мм следует несколькг уменьшить усилие сжатия бобышек, а поршень в сжатом сс стоянии (вместе с тисками, струбциной или другим аналогичным приспособлением) выдержать в печи при температуре около 200'С в течение одного-двух часов. Желательно деформацию в печи выполнять в несколько этапов, чтобы излишне не увеличить размер поршня.
Окончательная обработка, включая отпуск (в свободном состоянии) и доработку юбки, делается так же, как и для "холодного" деформирования. Если оказалось, что после отпуска юбка имеет размер существенно больше, чем заданный, то обработку лучше выполнить на токарном станке. Для этого поршень зажимается в патроне станка за огневой пояс  с упором в торец патрона и с помощью подкладок под кулачки выставляется так, чтобы биение перемычек по индикатору не превышало 0.03 мм. Далее проверяется биение юбки, которое по максимальному размеру (большой оси эллипса) не должно превышать 0,05 мм. После этого юбка протачивается в заданный размер. Для протачивания поршня можно использовать металлообрабатывающие станки с копировальными устройствами, позволяющими повторить на детали форму копира.
Однако вследствие того, что поршень после деформирования сжатием по бобышкам имеет увеличенную эллипсность, для обработки наружной поверхности юбки достаточно простого токарного станка. При этом размер юбки поршня обеспечивается точением, а затем бархатным напильником сглаживаются переходы от проточенной поверхности к необработанной так, чтобы приближенно получить эллипс в поперечном сечении юбки. При деформации более 0,2 мм, как временная мера, юбка поршня может быть "растянута" с помощью специального приспособления. При растягивании необходимо обеспечить равномерность давления приспособления изнутри на обе стороны юбки и сохранение соосности отверстий в бобышках с помощью технологического пальца. Растягивание юбки поршня производится в холодном состоянии так, чтобы размер по юбке (в нагруженном состоянии) увеличился на 0,5+0,7 мм. Затем поршень вместе с приспособлением помещается в печь с температурой 300+350°С и выдерживается в течение 20+30 мин. Далее возможны два варианта - увеличить разжим юбки и медленно охладить поршень, либо без дополнительного разжима обеспечить быстрое охлаждение (например, разбрызгивая на поршень воду). После снятия приспособления поршень следует выдержать в течение двух часов при 180+200°С в свободном состоянии, чтобы снять остаточные напряжения.
Поршень с растянутой юбкой протачивается в токарном станке так, как указано выше, причем особое внимание следует обратить на обеспечение соосности юбки, перемычек и огневого пояса. Несоосность этих поверхностей более 0,05+0,07 мм может привести к касанию огневым поясом цилиндра, что будет сопровождаться стуком, как на холодном, так и на горячем двигателе. При протачивании деформированного поршня можно создать на обрабатываемой поверхности специальный гидродинамический профиль. Для этого следует использовать резец, заточенный с углом 170° при вершине.
Такой резец при подаче 0,3+0,4 мм на один оборот поршня дает микроканавки глубиной порядка 0,01 мм, что повышает износостойкость поверхности поршня. Следует также отметить, что старые поршни после пробега более 120+150 тыс. км имеют рабочую поверхность юбки, насыщенную различными твердыми частицами. При дальнейшем использовании таких поршней желательно обработать поверхность юбки, чтобы снять этот дефектный слой. В противном случае значительно ускорится износ чугунных цилиндров, если зазор между ними и поршнями уменьшен до номинального (это может быть сделано не только деформированием юбки, но и установкой "сухих" гильз). При деформировании и/или обработке юбки ее поперечный профиль практически всегда будет неоптимальным. В результате этого при тепловом расширении поршня в цилиндре поверхность контакта юбки с цилиндром будет меньше, чем у нового поршня. Это значит, что возрастет удельное давление на цилиндр и, следовательно, увеличится износ и поршня, и цилиндра. Об этом всегда следует помнить, выполняя ремонт поршня, при котором изменяется профиль юбки. При деформации или износе юбки не более чем на 0,05+0,10 мм возможен также способ ремонта накаткой. Накатка выполняется специальным роликом на токарном станке, причем на юбке может быть нанесена сетчатая или прямая (перпендикулярно оси поршня) накатка. Сетчатая накатка делается стандартными роликами, но обеспечивает меньшее увеличение размера поршня. Прямая накатка выполняется специальным шлифованным роликом, имеющим угол при вершине порядка 60•: 70'.
Наилучшие результаты дает прямая "копирная" накатка с последующей обточкой юбки в заданный размер по тому же копиру. При накатывании внутрь юбки необходимо установить с небольшим натягом (не более 0,02 мм) технологическую втулку, препятствующую отжатию концов юбки роликом. Поршень любого двигателя имеет свой собственный профиль поперечной поверхности (эллипс), зависящий от материала конструкции и размеров поршня, рассчитываемый и/или подбираемый экспериментально при доводке двигателя. Поскольку копир является весьма точным и дорогим устройством, изготовление под поршни каждой модели двигателя своего копира экономически нецелесообразно. Практика показывает, что вполне удовлетворительные результаты дает обработка юбки поршня в профиль классического эллипса с эплипсностью 0,45+0,50 мм. Радиус такого копира в зависимости от угловой координаты может быть рассчитан по формуле:Копир, таким образом, играет роль кулачка, сообщающего резцу небольшую поперечную подачу в зависимости от угпа поворота.
Копир изготавливается из инструментальной стали, имеющей достаточно высокую твердость (HRC3 > 55), и должен следовать расчетному профилю с точностью не хуже ±0,010+0,015 мм, особенно вблизи большой оси, где находится рабочая поверхность юбки. Копирная накатка выполняется при строгом соответствии углового положения поршня и копира с подачей 0,6+0,8 мм на один оборот поршня. При этом ролик на юбке образует канавки, выдавливая материал и увеличивая наружный размер поршня. Далее, без снятия поршня со станка, выполняется протачивание в заданный размер, при котором на юбке образуется опорная поверхность, составляющая 40+60% от обшей поверхности юбки. Величина опорной поверхности имеет решающее значение для ресурса поршня - чем она больше, тем выше ресурс. У новых поршней эта величина составляет 80+100%, поэтому поршень с накатанной юбкой всегда имеет существенно меньший ресурс, чем новый или даже восстановленный деформацией. При обработке юбки на ее поверхности, помимо эллипса, должна быть создана определенная конусность.
Станки, имеющие возможность обработки деталей по круговым копирам, как правило, могут работать и по продольным копирам. Продольный копир представляет собой профи- пированную линейку, на которую опирается рычаг механизма поперечной подачи суппорта станка. Изготовление продольного копира не составляет большого труда, однако нередко по старым деформированным поршням не всегда бывает ясно, каким должен быть их продольный профиль. Так, при увеличении конической части юбки может появиться "качание" поршня в цилиндре, ускоренный износ деталей и "холодный" стук поршня. Если конус мал, то это может грозить подклинивани- ем поршня в верхней части юбки, задирами, перегревом и деформацией юбки. Чтобы это исключить, требуется увеличение рабочего зазора в цилиндре, что также не является оптимальным с точки зрения ресурса деталей. Таким образом, продольный профиль поршня не менее важен, чем поперечный. Практика показывает, что конус в верхней части юбки должен иметь плавно "нарастающий" характер и длину порядка 30+45% от всей длины юбки. У поршней бензиновых двигателей с пазом в канавке маслосъемного кольца уменьшение диаметра юбки в ее верхней части в среднем составляет 0,05+0,08 мм, причем чем короче юбка, тем меньше конус. У поршней без паза конусность юбки необходимо увеличить в 1,5+2 раза (до 0,10+0,14 мм), иначе придется существенно увеличивать зазор в цилиндре. Хорошие, проверенные на практике результаты для поршней с пазом дает следующая эмпирическая формула изменения текущего радиуса юбки AR в зависимости от координаты х, отсчитываемой от канавки маслосъемного кольца. Величина смещения копира Д в сторону днища поршня позволяет изменять размеры конической части. Тем самым можно обойтись одним универсальным продольным копиром практически для всех поршней. Нижняя часть юбки поршня после обработки не должна быть расширенной более, чем на 0,001+0,002 мм. Обычно расширение юбки возникает из-за отжима ее от резца при обработке.
Сильно расширенная книзу юбка приводит к ускоренному износу цилиндра и увеличению расхода масла. Для предотвращения расширения юбки необходимо иметь специально заточенный резец и припуск на окончательную обработку не более 0,03+0,04 мм, либо устанавливать в поршень снизу при обработке технологическую втулку с натягом 0+0,02 мм. При обработке наружной поверхности поршня большое значение имеет способ его установки в станке. Наиболее простым способом является зажатие поршня в патроне станка за огневой пояс, однако это требует точной выверки его положения по минимальному биению, о чем было указано выше. Кроме того, здесь невозможно обработать всю наружную поверхность "за один установ". Варианты установки поршня с упором в технопогический бурт внутри юбки не являются удачными, поскольку даже при легком сжатии поршня он деформируется. Наилучшим способом, видимо, следует признать зажатие с двух сторон днища при центрировании по технологическому пояску (без упора в этом месте), однако этот способ применим только для поршней с плоским днищем, а также если нет деформации юбки (иначе технологический поясок будет нецилиндрическим). Последняя проблема, правда, решается предварительным растачиванием пояска "как чисто" перед обработкой поверхности поршня. Если старый поршень по каким-либо причинам протачивается в меньший размер юбки (например, при гильзовании блока цилиндров под старые поршни), то должны быть проточены пояса между канавками колец и огневой пояс. В противном случае возможны задиры или даже заклинивание поршня в верхней части, что обычно приводит к завальцовыванию колец в канавках, задирам на цилиндре, а в дальнейшем - к необходимости замены колец, поршня и ремонта цилиндра. Диаметры поясов поршня могут быть рассчитаны в зависимости от размера юбки D0 по формулам: для огневого пояса D, = 0,994 D0 ; для пояса между верхним и средним кольцами D2 = 0,995 D0 ; Пояс между средним и маслосъемным кольцами обычно делается меньше D3 = 0,99D0 . Иногда у дизелей и некоторых бензиновых двигателей этот пояс имеет уменьшение диаметра на той части, которая прилегает к маслосъемному кольцу (это сделано для улучшения смазки верхних колец и юбки поршня). Следует также отметить, что у дизелей эти диаметры могут быть несколько уменьшены (на 0,05+0,10 мм) за счет более высокой температуры поршней. Однако сильно уменьшать диаметр огневого пояса у дизелей нельзя, т.к. это приводит к увеличению температуры верхнего кольца.
При износе канавок они могут быть расточены под более высокие кольца. Эта операция выполняется на токарном станке и не представляет больших трудностей. Необходимо только правильно выставить поршень, чтобы исключить перекос канавки относительно оси поршня. Растачивание верхней канавки следует выполнять по нижней торцевой поверхности "как чисто", а затем по верхней поверхности в заданный размер. Если сделать наоборот, то будет ослаблена перемычка между кольцами, которая в дальнейшем может быстро сломаться даже при небольших нарушениях в работе систем питания и зажигания. По этой же причине расширять среднюю канавку всегда опасно независимо от того, какая поверхность обрабатывается больше. В любом случае при растачивании канавок необходимо обеспечить радиус перехода от внутренней цилиндрической к торцевым поверхностям канавки, чтобы не снизить усталостную прочность поршня. При растачивании канавок поршней бензиновых двигателей следует обеспечить зазоры: для верхнего кольца - 0,045+0,070 мм; для среднего кольца - 0,035+0,060 мм; для маслосъемного кольца - 0,025+0,050 мм. У дизелей зазор в верхней канавке должен быть увеличен примерно на 0,020 мм, в средней - на 0,010 мм. При растачивании канавок следует помнить, что слишком малый зазор приводит к закоксовыванию и залеганию колец с последующим прогаром поршня, а слишком большой зазор - к увеличению расхода масла и снижению ресурса деталей вследствие вибраций колец. В эксплуатации нередки случаи, когда в результате обрыва клапанов, разрушения седел, крышек форкамер или попадания посторонних предметов в цилиндр поршень получает те или иные повреждения днища. Если масштаб разрушений велик, то поршень подлежит замене, однако иногда повреждения носят локальный характер.
При отсутствии возможносш замены поршня он может быть отремонтирован с помощью аргонно-дуговой сварки. Сварка выполняется при частичном (примерно на 50+70%) погружении поршня в воду и установке в отверстие бобышек технологического пальца. При размере пробоины в днище не более 15 мм и толщине днища не более 10 мм после сварки поршень имеет деформацию (сжатие) юбки не более 0,05+0,08 мм. Чтобы исключить эту деформацию, в отверстие технологического пальца необходимо установить болт, который с помощью шайб и гайки стягивает поршень по оси пальца. После сварки поршень должен быть подвергнут выдержке при температуре около 200°С для снятия внутренних напряжений. Для целого ряда старых или редких двигателей, для которых обычно не удается найти запасных частей, поршни могут быть изготовлены заново. В отличие от поршневых колец, высокое качество которых может быть обеспечено только при серийном выпуске на специализированном производстве, поршни могут быть изготовлены в единичных количествах на обычных машиностроительных производствах со вполне приемлемым качеством. Практически единственной проблемой, которая может вызвать определенные трудности при изготовлении поршней, является выбор материала и связанного с ним способа попу- чения заготовки поршня. Материалы для поршней должны содержать не менее 10% кремния, а также легирующие элементы (Си. Ni. Mg, Ti и др.). Из известных отечественных доэвтектических сплавов здесь следует упомянуть АЛ-25, АЛ-30, АК-10, АК-12. Имеется также ряд отечественных заэвтектических сплавов с содержанием кремния более 13+14%, среди которых можно отметить АЛ-122, КС-175, АК-18. В отличие от доэвтектических, эти сплавы обладают существенно меньшим температурным расширением и более высокой износостойкостью, однако они более хрупкие и хуже обрабатываются. Принципиально возможны несколько способов получения заготовок - отливка в земляную форму, отливка в кокиль, штамповка (различные ее виды), а также изготовление поршней из "куска" без промежуточного получения заготовки. Все способы отливки поршней обычно уступают по качеству (пористость, прочность) "фирменным" поршням и могут рекомендоваться только для двигателей прошлых лет выпуска, не обладающих высоким форсированием. Наиболее прост способ отливки в земляную (одноразовую) форму. Если разрезать старый поршень по большой оси эллипса юбки, то нетрудно изготовить форму внутренней части, дающую при отливке почти точную копию старого поршня.
Внешние стенки формы должны обеспечивать толщину стенок отливки порядка 7+8 мм. Заливка металла выполняется в подогретую форму сверху так, чтобы обеспечить опредепенное давление металла в форме. После застывания металла форма разрушается. Литье в кокиль существенно сложнее, поскольку сам кокиль представляет собой довольно сложную конструкцию, которая после разливки и застывания металла должна разбираться для "доставания" отливки. Обычно кокиль требует большого объема работ по доводке его конструкции, иначе не удается получить качественной отливки. При литье в кокиль требуется малое изменение толщины стенок отливки, специальная система литников, а также подбор режимов нагрева и охлаждения формы. Сложность этого процесса при малом потребном количестве отливок достаточно очевидна, поэтому его применение здесь вряд ли целесообразно. Помимо этого, при питье и в кокиль и в землю в единичном производстве не удается использовать заэвтектические сплавы. Они дают большую неравномерность выпадения кристаллов кремния по объему, причем размеры кристаллов оказываются, как правило, достаточно большими (до 1 мм). Это существенно снижает качество отливки Указанные недостатки литья приводят к тому, что более качественный поршень, как это ни странно, получается непо-средственно механической обработкой (разрезкой, фрезерованием, точением) из стандартной отливки - чушки. Такие отливки получают на металлургических заводах. Для повышения качества отливки (стабильный химический состав, низкая пористость), особенно заэвтектических сплавов, нередко используются вакуумные способы плавки металла. На некоторых металлургических производствах из чушек получают прокат - прутки диаметром 80+150 мм, что, с одной стороны, значительно улучшает механические свойства металла, а с другой - более удобно для последующего изготовления поршней. Несмотря на определенные преимущества, использование отливок или проката для изготовления поршней оказывается экономически невыгодным даже для единичного производства вследствие низкого коэффициента использования дорогостоящих материалов и значительного увеличения трудоемкости и стоимости изготовления поршней. В последние годы в отечественной практике получили распространение различные способы штамповки заготовок поршней. В настоящее время некоторые фирмы с успехом используют штампованные заготовки для мелкосерийного изготовления поставляемых в запасные части поршней для двигателей отечественных легковых автомобилей (в основном, ВАЗ). Штампованная заготовка (или поковка) обычно существенно отличается по внешнему виду от литой заготовки. Поковка имеет более простую внутреннюю конфигурацию, в ней отсутствуют какие-либо отверстия, поднутрения, карманы и т.п элементы. Это связано с самим способом получения заготовки — пуансон, формирующий внутреннюю поверхность заготовки, должен быть образован поверхностями достаточно простой формы, иначе после прессования заготовка с него не снимется. При штамповке обычно не происходит расплавления металла, его структура сохраняется, что позволяет без особых трудностей использовать заэвтектические сплавы.
В то же время выбор температуры металла перед штамповкой дает возможность попучить его упрочнение в заготовке, причем нередко весьма существенное, достигающее 30+40% прочности питой заготовки за счёт равномерной структуры и отсутствия пор. Помимо этого, штампованная заготовка обладает большой универсальностью, позволяющей изготавливать из нее поршни разной высоты и диаметра. Практика показывает, что при наличии всего 5+6 различных штампованных заготовок можно изготовить в единичном и мелкосерийном производстве подавляющее большинство типов поршней двигателей иностранных автомобилей с диаметрами от 65 до 103 мм. Недостатками штамповки являются практическая невозможность изготовления заготовок с терморегулирующими пластинами, что обычно требует некоторого увеличения рабочего зазора поршня в цилиндре, а также изменение (упрощение) внутренней конфигурации поршня, приводящее иногда к изменению его массы по сравнению с оригиналом в ту или другую сторону (в среднем на ±20 г). Штампованные поршни для дизелей не могут также иметь чугунную вставку верхнего кольца.Рассмотрим теперь основные принципы, которые следует положить в основу при конструировании и изготовлении поршней: 1) основными размерами поршня являются диаметр юбки, диаметр пальца, высота от оси пальца до днища, длина, минимальная толщина днища, форма юбки, конфигурация днища, расстояние между бобышками, высота канавок колец и длина пальца. Все остальные размеры поршня являются производными от этих величин и могут быть определены расчетным путем; 2) различные особенности конфигурации внутренней поверхности образца поршня (приливы, ребра и т.д), а также конфигурация поверхности холодильников являются второстепенными и не должны копироваться. Копирование образца здесь не дает никаких преимуществ ни в прочности, ни в долговечности, а только увеличивает трудоемкость и стоимость поршня; 3) отсутствие терморегулирующих пластин в заготовке требует определенных конструкторских решений для компенсации температурных расширений. Так, для бензиновых двигателей рекомендуется делать пазы в канавке маслосъемного кольца. Такие пазы несколько ослабляют конструкцию, однако позволяют при правильной геометрии юбки сохранить малый зазор в цилиндре. Чтобы не ослаблять поршень чрезмерно, следует на краях пазов выполнять отверстия, а внутри поршня на отверстиях делать "приливы", сохраняющие достаточную толщину стенок у отверстий. Практика показывает, что эти мероприятия на штампованных поршнях исключают появление трещин и разрушение поршней с пазами на подавляющем большинстве бензиновых двигателей. В то же время у особо форсированных спортивных двигателей и у дизелей такая опасность сохраняется, поэтому у них предпочтительнее увеличение рабочего зазора и поршни без пазов. Кроме того, для двигателей с наддувом и дизелей на штампованные поршни может быть нанесено твердое покрытие канавки верхнего кольца (вместо чугунной вставки литого поршня). Все указанные мероприятия находят определенное распространение в мировой практике. Так, целый ряд современных бензиновых двигателей японского, американского, европейского производства (NISSAN, TOYOTA, MAZDA, MITSUBISHI, FORD, PEUGEOT) не имеет терморегулирующих пластин в поршнях. Более того, они могут отсутствовать и на некоторых последних дизелях (BMW, TOYOTA и др.), где, кстати, чугунная вставка заменена специальным износостойким покрытием канавки верхнего кольца; 4) поскольку изменение размеров заготовки поршня независимо от способа ее получения - дело достаточно дорогое и хлопотное, не следует для единичного производства поршней рассчитывать, что заготовка точно подойдет к поршню по внутренней поверхности. Более дешевый и универсальный путь - внутренняя обработка (фрезерование) заготовки. Эта работа без существенных трудностей выполняется на универсальных фрезерных станках.
Единственным важным требованием к внутренней обработке является необходимость достаточно больших (6+8 мм) радиусов переходов между поверхностями. Таким образом, ремонтный поршень при сохранении основных размеров образца может существенно отличаться от него в деталях внешней и, особенно, внутренней конфигурации без какого-либо ущерба для надежности и ресурса. Такая практика не нова - например, некоторые американские фирмы поставляют в запасные части поршни, являющиеся далеко не копиями оригиналов. Более того, такой подход позволяет использовать одинаковую конструкцию ремонтных поршней для подавляющего большинства двигателей легковых автомобилей. Тогда при статистической обработке размеров большого числа поршней можно определить соотношения их размеров, которые в дальнейшем использовать на практике, не прибегая к трудоемким обмерам поршней. Приведенные методики расчета позволяют по заданным основным (присоединительным) размерам определить все остальные, включая толщину стенок и глубину сверления вспомогательных отверстий. Универсальность методик весьма высока - им соответствуют более 95% встречающихся на практике поршней. Исключение составляют «бензиновые" поршни с глубокой камерой сгорания в днище и поршни старых двигателей, для которых может потребоваться уточнение размеров расположения канавок поршневых колец. Наружная конфигурация днища является при этом индивидуальной особенностью каждого поршня и задается отдельно. Рассмотрим теперь технологию изготовления поршней согласно приведенным методикам. Ее особенностью является использование универсального станочного оборудования на всех операциях. В то же время наличие расчетных методик позволяет проводить обработку поршней и на автоматизированном оборудовании, например, на обрабатывающих центрах с числовым программным управлением. Основное требование, которым должна удовлетворять любая технологическая цепочка - обеспечение качества. Для каждой операции это означает, с одной стороны, выдерживание заданных размеров, а с другой - обеспечение взаимного расположения обрабатываемых поверхностей относительно базовых поверхностей. Наиболее важно при выполнении основных операций обеспечить перпендикулярность оси отверстий под палец к оси поршня, концентричность юбки, перемычек между канавками колец и огневого пояса, а также перпендикулярность канавок оси поршня. Нарушение этих требований приводит обычно к различного рода стукам, ускоренному износу деталей ЦПГ, большому расходу масла. После окончательной обработки наружной поверхности поршня следует покрытие - лужение. Принципиально данная операция может быть исключена, тем более, что поршни многих двигателей не имеют покрытий. Однако не все так просто. Как уже отмечалось, поршни без покрытия подвержены задирам нагруженной стороны юбки при недостаточной смазке. Более того, при отсутствии покрытия необходимо более точно выдерживать всю геометрию юбки при окончательной обработке. Это довольно сложно - у резца, формирующего на юбке микроканавки, трудно избежать высокочастотных колебаний и связанного с ними характерного мелкого "дробления" поверхности. В результате поршень без покрытия хуже и дольше прирабатывается, поскольку имеет уменьшенную опорную поверхность. В то же время мягкое покрытие слоем всего 5+8 мкм сглаживает микронеровности и существенно улучшает условия работы поршня, особенно в период приработки. С покрытием связана и необходимость последующей окончательной обработки (доводки) отверстия под палец. При отсутствии покрытия отверстие под палец может быть расточено в заданный размер с точностью до 2+4 мкм, что вполне достаточно для обеспечения правильной посадки пальца. Однако при нанесении покрытия диаметр отверстия изменится, причем прогнозировать это изменение сложно. С одной стороны, диаметр уменьшается за счет слоя покрытия, однако в отличие от наружной поверхности поршня в отверстии слой получается неравномернее и тоньше. С другой стороны, при подготовке поршня под покрытие применяется химическое травление, при котором размер отверстия может несколько увеличиться (на 2+6 мкм). Очевидно, для того, чтобы точно спрогнозировать изменение диаметра отверстия под палец и учесть это изменение при растачивании отверстия, необходимо строго выдерживать все режимы нанесения покрытия. В единичном производстве это проблематично, поэтому растачивание отверстия с припуском под окончательное хонингование позволяет исключить брак, связанный с нарушением режимов покрытия. Для высокофорсированных бензиновых двигателей с турбонаддувом, а также для дизелей в последние годы на поверхности днища и верхней канавки стали наносить тонкое износостойкое покрытие - твердое анодирование. Это покрытие получается гальванически, преобразованием алюминия на поверхности в окись А1203. Толщина такого покрытия не должна превышать 6+8 мкм, в противном случае в канавке ухудшится отвод тепла от кольца. Твердое анодирование выполняется до лужения, олово затем не ложится на анодированную поверхность, т.к. окись алюминия является изолятором. При анодировании поршень закрывается чехлом, незащищенными остаются только днище, верхняя канавка и часть перемычки между верхней и средней канавками. Твердое анодирование препятствует эрозии днища поршня и износу верхней канавки, а у дизелей является также альтернативой чугунной вставке канавки верхнего кольца. Поршни, изготовленные по описанным выше методике и технологии из штампованных заготовок, уступают оригинальным образцам по долговечности, но обычно превосходят их по прочности. Несколько меньший ресурс изготовленных поршней обусловлен неточностью выполнения профиля юбки. Профиль юбки (эллипс и конус) конкретного поршня зависит от материала, конструкции, условий работы и должен определяться по результатам длительных испытаний того двигателя, для которого этот поршень предназначен. Очевидно, в условиях единичного производства удовлетворить этим требованиям не представляется возможным. Вследствие этого износ поверхности юбки и цилиндра (в зонах контакта с юбкой) идёт в среднем на 20+30% быстрее, чем у поршней, изготовленных ведущими зарубежными фирмами. Некоторого снижения износа в данном случае можно добиться, если увеличить зазор в цилиндре на 0,02+0,03 мм от рекомендованного. При кажущейся на первый взгляд некоторой экзотичности и неактуальности работа по изготовлению поршней позволяет возвратить к жизни старинные и редкие двигатели - часто ни для тех, ни для других не удается приобрести поршни не только ремонтного, но и стандартного размера.
 
9.6. Ремонт головки блока цилиндров и механизма газораспределения
 
При проведении сложного ремонта двигателя, особенно имеющего большой пробег, требуют ремонта не только детали КШМ и ЦПГ, но и газораспределительного механизма. Это иногда забывают работники ремонтных предприятий, однако двигатель может "напомнить" о неустраненных неисправностях различными посторонними шумами и стуками, большим расходом масла и даже характерным синим дымом выхлопа при совершенно идеально восстановленных КШМ и ЦПГ. Эти неисправности часто приводят к ускоренному износу коленчатого вала, цилиндров, поршневых колец и, как следствие, к выходу двигателя из строя. Например, неисправность хотя бы одного гидротолка- тепч ведет к ускоренному износу кулачка распределительного вала. Частицы износа, попадая в масло, быстро засоряют масляный фильтр, после чего эти частицы уже беспрепятственно поступают к коленчатому валу и в цилиндры, вызывая серьезные повреждения всех трущихся пар. Таким образом, при ремонте двигателя газораспределительный механизм требует ничуть не меньшего внимания, чем другие детали и агрегаты. Более того, при устранении ряда неисправностей распределительного механизма часто следует проверять состояние других деталей - вкладышей коленчатого вала, шатунов, поршневой группы, которые также могли получить повреждения.
 
9.6.1. Ремонт головки блока цилиндров
 
Головка блока цилиндров является ответственной и сильно нагруженной деталью двигателя - на ней устанавливаются детали газораспределительного механизма, близко друг к другу располагаются камеры сгорания, каналы впуска воздуха и выпуска отработавших газов, полости системы охлаждения, каналы подвода и отвода масла. От работы этой части двигателя во многом зависит его надежность и ресурс и наоборот, неисправности других деталей и систем двигателя часто становятся причиной появления неисправностей самой головки блока цилиндров. Наиболее часто встречающимися в эксплуатации неисправностями головок являются деформации вследствие перегрева двигателя, выгорание участков поверхности у камер сгорания (калильное зажигание или детонация из-за нарушения работы систем управпения), износ постелей (опор) распределительного вала или даже их перегрев и разрушение из- за недостаточной смазки, износ направляющих втулок клапанов, ослабление посадки или разрушение седел клапанов и крышек форкамер (у дизелей) из-за перегрева, трещины, связанные с разрушением различных деталей, перегревом, "размораживанием" двигателя или неквалифицированным ремонтом. Большинство повреждений и дефектов головок может быть устранено с достаточно высокой надежностью, однако некоторые требуют специального оборудования, при отсутствии которого ремонт не удается выполнить с необходимым качеством. Рассмотрим более подробно основные неисправности головок и способы их устранения.
 
9.6.1.1. Ремонт рабочих поверхностей головки блока цилиндров
 
При перегреве двигателя, а также при перетяжке головки или с течением времени ее нижняя плоскость искривляется. В большинстве случаев деформация имеет местный характер, при котором наружные края плоскости "возвышаются" над серединой (обычно не более 0,1 мм). Допустимой деформацией головки можно считать величину 0,05+0,06 мм, не только в случае, если эта деформация не имеет явно выраженного локального характера (например, вблизи только одной из камер сгорания). Обработка плоскости может выполняться на различных станках. При шлифовании на плоскошлифовальном станкеобеспечивается практически идеальная плоскость, однако поверхность обычно получается слишком "гладкой", в то время как для лучшего уплотнения с прокладкой головки необходима определенная шероховатость (Ra = 1+2 мкм). При шлифовании это можно решить, используя более крупнозернистые шлифовальные круги. Фирмы, выпускающие оборудование для ремонта двигателей, рекомендуют фрезеровать головку торцевыми фрезами. Фрезерование выполняется на вертикально-фрезерных станках фрезами большого диаметра 200+250 мм для того, чтобы обработать всю плоскость за один проход. При этом на поверхности головки образуются мелкие круговые риски. Возможно также фрезерование фрезами меньшего диаметра, но это увеличивает время обработки и несколько ухудшает качество поверхности. Алюминиевые головки вихрекамерных дизелей предпочтительно шлифовать или фрезеровать твердосплавным инструментом, т.к. крышки форкамер, выходящие на плоскость, обычно выполнены из труднообрабатываемых жаростойких материалов. Перед обработкой головка выверяется на станке по четырем точкам в углах плскжссти, где должна быть обеспечена минимальная разница в съеме металла. Далее плоскость обрабатывается "как чисто" с минимально возможным съемом металла. При небольшой деформации плоскость может быть притерта на притирочной плите с помощью абразивной пасты (28+40 мкм). Возможны два варианта - большая стационарная плита, имеющая размеры больше длины головки и притирка движением головки, либо небольшая плита (но не менее 1/3+1/2 длины головки) и притирка движением плиты по головке. Недостатками притирки является низкая производительность (за 1 ч притирки обычно удается снять не более 0,05+0,07 мм), трудность последующего удаления абразивной пасты, попадающей во все внутренние отверстия, а также постеленный плохо контролируемый увод формы поверхности от плоскости, если съем превышает указанные выше цифры. Иногда на границе окантовки прокладки головки цилиндров на плоскости головки возникают достаточно глубокие раковины вследствие выгорания металла. Эти дефекты требуют более глубокого фрезерования - иногда до 0,7+0,8 мм. При этом необходимо помнить, что у двигателей с верхним расположением распределительного вала произойдет ослабление приводного ремня или цепи, и может не хватить регулировки натяжных устройств. Кроме того, большой сьем металла с плоскости и связанное с ним "опускание" распределительного вала изменяют фазы газораспределения на более поздние. Уменьшается также объем камеры сгорания и увеличивается степень сжатия. Следует отметить, что описываемые местные дефекты на плоскости могут быть отремонтированы с помощью сварки, однако не всегда и не везде это можно сделать с необходимым качеством. В некоторых случаях после сильного перегрева двигателя наблюдается большая продольная деформация всей головки.Обычно это характерно для длинных и низких головок (например, рядных шестицилиндровых двигателей), у которых распределительный вал вращается в отдельных опорах, закрепляемых на головке сверху. В этом случае помимо обработки нижней плоскости следует проверять и обрабатывать площадки для опор сверху головки, в противном случае произойдет искривление оси отверстий опор, что вызовет повышенный износ поверхностей отверстий и опорных шеек распределительного вала и даже его заклинивание. Если сильно деформированная головка имеет другие типы опор (разъемные или неразъемные), то в случае сильной деформации головки они также должны быть проверены и при необходимости обработаны так, чтобы устранить их несоосность. Иногда вместе с нижней плоскостью могут деформироваться боковые плоскости головки, к которым стыкуются впускной и/или выпускной коллекторы. Хорошие плоскости стыка особенно важны для "жестких" впускных коллекторов, например, V-образных двигателей. Обработка плоскостей стыка с коллекторами не отличается от описанной выше. Особую сложность на практике обычно вызывает ремонт отверстий опор распределительного вала, если они имеют износ, задиры или искривление оси вследствие деформации головки. Технология их ремонта зависит от конструкции головки. У чугунных головок обычно применяются втулки распределительного вала. Для большинства двигателей такие втулки поставляются в запасные части фирмами-изготовителями подшипников скольжения. Однако в практике ремонта двигателей встречаются ситуации, когда такие втулки найти (или подобрать близкие) не удается. В таком случае новые втулки могут быть изготовлены, но технология их изготовления отличается достаточно большой сложностью и требует специального оборудования и оснастки. Из отечественных материалов для втулок распределительных валов подходит необработанная сталеалюминиевая лента, применяемая для изготовления вкладышей подшипников. Не рекомендуется изготавливать втулки из бронзы, т.к. такие втулки даже при небольшом перегреве из-за недостаточной смазки подклинивают на валу, теряют натяг в постели и проворачиваются. Бронзовые втулки допускается устанавливать только в подшипники, имеющие ограниченную скорость вращения, такие, как верхняя головка шатуна, коромысла и т.п. детали. Изготовление втулок из ленты начинается с расчета длины заготовки L = 3,1415 0^ + 0,7, где Dc p = Dn - d ; Dn - диаметр постели; d - толщина втулки в окончательном виде. Из ленты вырезается и фрезеруется заготовка, концы которой обрабатываются в расчетную длину с точностью ±0,02 мм. После снятия заусенцев заготовка изгибается по ролику в гибочном приспособлении аналогично заготовкам вкладышей коленчатого вала. Свернутая в кольцо заготовка не имеет правильной геометрической формы, поэтому она калибруется в круглом калибре, диаметр которого на 0,03+0,05 мм больше диаметра постели. Калибр с запрес-сованной втулкой устанавливается в патрон токарного станка и выверяется по биению базовых поверхностей калибра (наружная поверхность и торец) с точностью 0,01 мм, после чего втулка растачивается с минимальной подачей в диаметр Dp = D0 + (0,03+0,05), где D0 - внутренний диаметр втулки после запрессовки в постель. При обработке втулки необходимо обеспечить слой антифрикционного сплава в пределах 0,2+0,5 мм. Поскольку штатные втулки имеют, как правило, малую толщину (в пределах 1,5+1,8 мм), для заготовки должна быть выбрана самая тонкая лента толщиной порядка 1,8+2,0 мм. После обработки такой пенты нельзя получить втулку толщиной менее 1,65+1,70 мм, поэтому диаметры опорных шеек скорее всего придется шлифовать под внутренний диаметр втулки (зазор 0,04+0,06 мм). Расточенная внутри втулка выпрессовывается из калибра и после сверления необходимых смазочных отверстий запрессовывается в головку. Для запрессовки и выпрессовки втулки необходимо пользоваться простейшими приспособлениями. Практика ремонта показала, что для втулок, помимо сталеалюминиевой ленты, может быть использована лента типа "металлофторопласт", выпускаемая отечественной промышленностью. Эта пента имеет стальную основу, на которую с двух сторон нанесен слой меди по 0,35+0,40 мм, а на одной стороне ленты имеется антифрикционное покрытие толщиной 0,02+0,03 мм - композиция, содержащая бронзовый сферический порошок, фторопласт и дисульфид молибдена MoS2. Для втулок лучше всего подходит лента толщиной 1,55+1,58 мм, а технология изготовления деталей из нее несколько отличается от описанной выше, т.к. не допускается внутренняя обработка. После наружной калибровки согнутой заготовки делается внутренняя калибровка с помощью полированного стержня или шарика с тем же диаметром Dp (см. выше). Это необходимо, чтобы обеспечить выравнивание втулки по отверстию, особенно у ее стыка. Готовая втулка перепрессовывается в отверстие головки и имеет после этого овальность не более 0,02 мм, что является вполне допустимой величиной. Втулки из металлофторопласта обладают очень высокой износостойкостью, однако "не любят" механических повреждений рабочей поверхности, а также масел с абразивными частицами, из-за чего иногда происходит сильный износ и местное отслоение антифрикционного покрытия. При отсутствии необходимой заготовки для втулки она может быть сделана из двух половин аналогично вкладышам коленчатого вала. Для установки (запрессовки) половин втулки в неразъемную опору следует использовать специальное приспособление, обеспечивающее предварительную сборку половин так, чтобы они вместе составили правильную окружность. Поскольку две половины втулки могут быть сделаны очень точно по длине с помощью прецизионных оправок, то несложно обеспечить необходимый натяг (0,04-^0,06 мм по диаметру) и геометрию подшипника. В результате данная конструкция ремонтной втулки оказывается весьма надежной. Значительно более сложен ремонт отверстий опор распределительного вала в алюминиевых головках цилиндров, особенно, когда опоры являются неразъемными. Ремонт неразъёмных опор, как правило, связан с увеличением их диаметра и, следовательно, с восстановлением шеек распределительного вала в больший размер. Только для очень небольшого количества двигателей существуют распределительные валы с увеличенным размером опорных шеек, но на их приобретение особенно рассчитывать не стоит. Установка втулок в расточенные опоры для того, чтобы в окончательном виде получить прежние диаметры отверстий, является нерациональным способом ремонта, т.к., с одной стороны, требует большого объема работ, а с другой - ослабляет конструкцию опор. Кроме того, требуется большой натяг втулок, если они имеют стальную основу, или большая их толщина, если сделать их силуминовыми. В последнем случае, например, при толщине втулок 1.5 мм трудно обеспечить достаточный для надежной работы натяг. Данный пример иллюстрирует уже упомянутый факт, что изменение конструкции двигателя при ремонте обычно ведет к снижению его надежности. Опоры распределительного вала одинакового диаметра могут быть расточены аналогично постелям блока цилиндров. Однако наиболее высокое качество ремонта обеспечивает хонингование. Этот способ ремонта распространен на зарубежных ремонтных производствах, но для отечественных ремонтных мастерских он пока мало доступен. Труднее ремонтировать опоры, если они разного диаметра. Растачивание таких головок можно выполнить с помощью борштанги с количеством резцов, равным числу опор. Основная трудность здесь - изготовление самой борштанги и ее подшипников, а также настройка каждого резца на свой размер. Растачивание таких головок может быть выполнено и одним резцом, однако это не менее трудоемкий процесс. Нередко в головках из-за недостаточной смазки повреждается только крайний подшипник. Тогда может быть расточена только одна поврежденная опора. Для этого не требуется расточной станок с большим вылетом (ходом) резца. Основная задача - точно выверить положение головки на станке. Здесь лучше всего использовать специальный шлифованный стержень - скалку, устанавливаемую на неповрежденные опоры с очень малым зазором - 0+0,01 мм. Установка головки в станке должна обеспечить с помощью скалки соосность растачиваемого отверстия относительно остальных не хуже 0,015 мм. Растачивание крайней опоры можно также выполнить при вращении борштанги в неповрежденных опорах (см. ниже). После длительной эксплуатации отверстия обычно имеют увеличенную овальность, достигающую 0,03+0,05 мм в сторону действия нагрузки на вал, однако задиров или явных следов износа на них может не быть. При отсутствии специального оборудования для ремонта, (как крайняя мера), можно увеличить размер шеек вала наваркой с последующей шлифовкой. При этом следует соблюдать осторожность - минимальный зазор нигде не должен быть меньше 0,03 мм во избежание заклинивания вала при запуске в условиях низких температур. Тогда максимальный зазор в подшипниках вала практически станет не больше номинального и в течение довольно долгого времени не будет увеличиваться. Недостатком данного способа является заметно меньший ресурс поверхностей опорных шеек по сравнению с новыми деталями даже при их более высокой твердости и износостойкости. Это связано с большим количеством твердых частиц, внедряющихся за длительное время работы в мягкую поверхность опор и в дальнейшем более интенсивно изнашивающих вал. Ремонт разъёмных опор (с крышками), как правило, менее сложен, чем неразъемных, и допускает значительно больше различных способов и вариантов. Изношенные разъемные опоры следует восстанавливать в прежний размер, что достигается предварительной обработкой (фрезерованием) плоскости разъема на крышках и, если это необходимо, на головке цилиндров. При этом отверстия становятся овальными, и даже небольшого съема металла с плоскости разъема бывает достаточно для получения необходимого припуска на окончательную обработку (растачивание или хонингование). Выполняя занижение плоскостей разъема, следует помнить, что после обработки отверстий положение распределительного вала относительно клапанов несколько изменяется. Это может иметь негативные последствия для работы гидротолкателей, у которых плунжер обычно имеет ограниченный ход. Если хода гидротолкателей не хватает, необходимо в зависимости от конструкции механизма либо укоротить клапаны обработкой их торцов, либо "удлинить" их углублением фасок на седлах. Отремонтировать поверхности отверстий в алюминиевых головках можно также с помощью специально изготовленной развертки. Режущая часть развертки должна иметь "ступени" с разным диаметром (либо длинную коническую часть), которые позволили бы постеленно увеличивать диаметр отверстий, обеспечивая центрирование развертки сразу по нескольким отверстиям. Чтобы уменьшить длину режущей части, хвостовики развертки можно выполнить диаметром заходной части на 0,25+0,30 мм, а задней - на 0,02+0,03 меньше максимального диаметра режущей части. Тогда до и после обработки отверстия развертка будет опираться на него хвостовиками, что позволит достаточно точно обеспечить соосность всех опор. Желательно, чтобы общая длина развертки была достаточной для одновременного центрирования по не менее чем четырем отверстиям. С помощью развертки можно также обрабатывать сталеалюминиевые втулки распределительного вала в чугунных головках (вместо окончательного растачивания). Недостатком этого способа ремонта опор является сложность изготовления развертки и практически невозможность обработки отверстий с большими задирами, при которых в алюминиевую поверхность вплавляются и частицы железа от шеек распределительного вала. В эксплуатации нередки случаи, когда из-за нарушения смазки в отверстиях алюминиевой головки задиры и очень большой износ (до 0,5+1,0 мм) возникают только на одной-двух опорах, в то время как остальные опоры остаются практически неизношенными. В таких случаях могут быть обработаны только изношенные опоры (разумеется, если они разъемные). Для ремонта необходимо изготовить стальную борштангу, у которой шлифованные опорные поверхности имели бы зазор 0,02+0,03 м в отверстиях неизношенных опор. Борштанга, таким образом, должна вращаться по крайней мере в двух опорах, если обрабатываемое отверстие расположено между ними, и в трех - если оно с краю. Опорные поверхности борштанги должны иметь длину порядка 70+100 мм для обеспечения ее хода вдоль оси. В поперечном отверстии борштанги диаметром 8 мм устанавливается резец с эльборовой вставкой и фиксируется сбоку винтом Мб. Для точной настройки резца в его торец упира- 37. Ремонтется винт М8х1 или с более мелким шагом (чем мельче шаг, тем точнее может быть расточено отверстие). Применение эльбора необходимо в связи с очень высокой твердостью частиц, внедренных в задранную и изношенную поверхность. Для расточки удобно сделать регулируемый винтовой упор борштанги, а её привод - от дрели. Перед установкой борштанги отверстия опор смазываются трансмиссионным маслом, а растачиваемая поверхность - керосином или жидким маслом. Затем все крышки затягиваются рабочим моментом. При небольшом (до 0,3+0,4 мм) износе отверстия оно может быть обработано "как чисто" под последующее восстановление данной шейки распределительного вала в больший размер. Для получения хорошего качества поверхности необходимо при окончательном растачивании обильно смазывать отверстие и иметь припуск не более 0,05 мм, обеспечивая упорным винтом очень медленную осевую подачу при частоте вращения борштанги 300+500 мин- 1 . Если износ отверстия больше указанного выше, то следует значительно увеличить (на 1,7+2,0 мм) диаметр отверстия для последующей установки вкладышей из силумина. Для изготовления вкладышей необходим алюминиевый сплав, содержащий не менее 6% кремния - здесь могут подойти и поршневые сплавы. Из соответствующей заготовки вытачивается кольцо, имеющее на 1,5+2,0 мм больший наружный диаметр, чем диаметр расточенного отверстия, чтобы остался припуск на разрезку.После разрезки втулки на две половины необходимо приблизительно обработать их торцы по плоскости стыка головки и крышки так, чтобы торцы практически не выступали за плоскость. Далее поверхности отверстия и втулки обезжириваются ацетоном и склеиваются. Для склеивания можно использовать различные клеи и клеевые композиции типа "холодной сварки", имеющие жидкую консистенцию. Полимеризация клея должна происходить под нагрузкой, для этого следует затянуть крышку, вставив в отверстие, образованное вкладышами, оправку диаметром D0 = D p - 2 - 5 , обеспечивающую натяг 0+0,02 мм. Это необходимо для полного прилегания вкладышей к отверстию опоры. Теоретически возможно получить после склеивания внутренний диаметр отверстия такой же, как у неизношенных опор, однако это требует очень высокой точности (0,01 мм) изготовления втулки. Если это не удалось, можно расточить отверстие в окончательный размер с помощью борштанги, либо прошлифовать данную шейку вала в уменьшенный (ремонтный) размер. Нередко последний вариант оказываетсялучше, т.к. он не требует восстановления шейки. Кстати, шлифование отдельных шеек распределительного вала требует аккуратности. Обязательно надо проверить и исправить центровые фаски, чтобы не получить биения шлифованной шейки относительно других более 0,02 мм. При небольшом износе отверстия (до 0,1 мм), особенно, когда на поверхности образуются глубокие риски, а по "гребешкам" диаметр отверстия приблизительно сохраняется, можно восстановить поверхность специальными клеевыми композициями, имеющими антифрикционные свойства. Такие композиции выпускает, например, фирма BELZONA (США). По технологии фирмы поверхность перед нанесением композиции пескоструится, чем достигается максимальная адгезия. При склеивании используется специальная шлифованная оправка- скалка с диаметром, равным внутреннему диаметру отверстий опор с точностью до 0,01 мм, и длиной, обеспечивающей установку не менее, чем в три соседних отверстия. На часть скалки, входящую в ремонтируемое отверстие, наносится тонким споем специальная разделительная жидкость, предохраняющая от сцепления композиции со скалкой, которая затем сушится в течение часа. Клеевая композиция наносится на поверхность ремонтируемого отверстия, устанавливается скалка, и затягиваются соответствующие крышки опор. Если все сделано аккуратно, после полимеризации клея скалка легко снимается, а внутренняя поверхность опоры оказывается гладкой и имеет после затягивания крышки достаточно хорошую геометрию (овальность не более 0,02 мм). Длительная работа двигателя с недостаточным давлением масла приводит к сильному разогреву отдельных подшипников распределительного вала, сопровождаемому потерей прочности крышек. В результате на крышке образуется трещина, после чего она помается. Поломка крышек возможна при обрыве ремня газораспределительного механизма, а также из-за неквалифицированной сборки при затяжке болтов или гаек, если крышка установлена наоборот. Поскольку крышки опор обрабатываются совместно с головкой, они невзаимозаменяемы и, как правило, отдельно в запасные части не поставляются. Это создает серьезные трудности при ремонте таких головок. Если опора со сломанной крышкой не изношена или изношена несильно (например, риски на поверхности), то возможны несколько вариантов ремонта. Наилучшим является использование аналогичной старой крышки с другой такой же поврежденной головки, занижение плоскости разъема всех крышек и затем хонингование или растачивание всех отверстий в прежний стандартный размер. Однако трудно рассчитывать на то, чтобы найти аналогичную крышку, особенно для не очень распространённых моделей. Кроме того, указанные выше способы обработки (хонингование, растачивание) также далеко не всегда доступны. Выходом из положения будет изготовление новой крышки аналогично тому, как для блока цилиндров. Это не является проблемой для обычных машиностроительных производств, требуется только правильный выбор материала (силумин с содержанием кремния не менее 6%). При изготовлении новой крышки необходимо обеспечить точную обработку отверстия опоры в номинальный размер с точностью 0,02 мм, высоту части отверстия, расположенного в крышке, несколько больше (на 0,05+0,10 мм) половины его диаметра и увеличенный на 0,5+0,8 мм диаметр отверстий под болты или шпильки. Установив крышку и затянув болты (или гайки), проверяют максимальный размер отверстия в плоскости, перпендикулярной разъему - он должен быть равен или несколько больше номинального. При необходимости притиркой плоскости разъема крышки на притирочной плите можно добиться, чтобы указанный размер отверстия не отличался от номинального диаметра больше, чем на 0,02 мм (в большую сторону). Установив распределительный вал и затянув все крышки, следует проверить легкость его вращения. При точном выдерживании размеров крышка центрируется по валу с точностью не хуже половины зазора, т.е. 0,02 мм, что вполне достаточно для легкого, без "закусывания", вращения вала и надежной его работы. У некоторых двигателей (MERCEDES-BENZ) взаимозаменяемость крышек подшипников распределительного вала настолько высока, что обычно при замене крышки с аналогичной головки размер отверстия опоры остаётся в допуске (0,02 мм). Для других двигателей заменённая крышка, как правило, требует доработки. На практике случаи сильного износа отверстия опоры, сопровождающегося поломкой крышки, встречаются чаще, чем описанный выше. Технология ремонта здесь несколько отличается. Если предполагается расточить опору в увеличенный ремонтный размер, то не требуется большой точности выдерживания диаметра отверстия при изготовлении крышки - необходим только припуск, желательно не менее 0,2+0,3 мм. Далее, установив крышку, выполняется растачивание отверстия с помощью борштанги. Когда необходимо обеспечить восстановление сильно изношенного отверстия с поломанной крышкой в номинальный размер, сначала с помощью борштанги следует расточить часть отверстия в головке блока под вкладыш. Для того, чтобы получить качественную и соосную с остальными отверстиями поверхность, желательно использовать технологическую крышку. Крышка опоры должна быть изготовлена с припуском на окончательную обработку отверстия, а вкладыш - с припуском по толщине. Далее процесс ремонта не отличается от описанного выше для сильно изношенных отверстий (включая расточку совместно крышки и вкладыша в номинальный размер). Таким образом, ремонт опор распределительного вала в головке цилиндров не представляет больших сложностей только при наличии специализированного высокоточного оборудования. При его отсутствии приходится пользоваться более сложными (так называемыми обходными) технологиями, которые уступают основным (например, хонингованию) в точности обработки ремонтируемых поверхностей. Безусловно, погрешности обработки приводят, в конечном счете, к определенному снижению ресурса отремонтированных деталей, однако при отсутствии необходимого оборудования с этим приходится мириться.
 
9.6.1.2. Ремонт направляющих втулок клапанов
 
В эксплуатации основной неисправностью втулок является их износ, вызывающий нарушение уплотнения стержня клапана, увеличение расхода масла и повышенный шум механизма газораспределения. Иногда при поломке клапана нижняя часть втулки может треснуть, особенно, если она сильно выступает в канал. Если трещины локализуются в нижней части втулки, то замена её не обязательна - достаточно спилить поврежденную часть шарошкой. Некоторое укорочение втулки в данном случае оказывает незначительное влияние на ресурс пары "втулка - стержень клапана". Для остальных случаев износа или повреждений втулок существуют различные способы ремонта, позволяющие восстановить номинальный зазор в их отверстии со стержнем клапана, а именно, восстановление поверхности отверстия в прежний диаметр, увеличение отверстия в ремонтный (увеличенный) размер клапана и замена направляющих втулок на новые. Рассмотрим последовательно все эти способы более подробно. Восстановление поверхности отверстия втулки выполняется с помощью специального приспособления - роликовой раскатки (роллера). Приспособление состоит из трех частей - направляющей, корпуса и твердосплавного ролика. Гнездо для ролика в корпусе имеет небольшой угол наклона, что позволяет при вращении приспособления как бы ввинчивать его во втулку. При этом ролик вдавливается во внутреннюю поверхность втулки и продавливает в ней винтовую канавку, поднимая материал втулки рядом с канавкой внутрь отверстия. Такие приспособления для диаметров втулок 7; 8; 8,5; 9; 10 и 11 мм выпускают фирмы SUNNEN и NEWAY (США). После обработки втулки роликом отверстие необходимо развернуть в номинальный размер разверткой, в результате чего гребешки у винтовой канавки сглаживаются, образуя опорный пояс. Для этой операции, также как и для других работ по обработке или калибровке вручную длинных отверстий малого диаметра, желательно использовать специальные развертки с относительно длинными центрирующими частями. Стандартные развертки при вращении вручную всегда дают коническое отверстие, у которого со стороны входа развертки диаметр оказывается в зависимости от состояния отверстия увеличенным на 0,01+0,03 мм, что снижает качество ремонта. Описанный способ ремонта имеет ряд преимуществ, основными из которых является простота, высокая производительность и низкая стоимость. Помимо этого, улучшаются условия смазки стержня клапана, т.к. в винтовой канавке удерживается масло. Металл, деформированный роликом, получает некоторое упрочнение (нагартовку), что совместно с улучшенной смазкой в определенной степени компенсирует уменьшение площади опорной поверхности втулки. В то же время данный способ обладает недостатками, которые ограничивают его применение. Практика его использования для ремонта втулок многих моделей двигателей показала, что, несмотря на улучшение смазки стержня и упрочнение поверхности ресурс отремонтированных втулок в 1,5+2 раза уступает новым. При износе более 0,10+0,15 мм данный способ ремонта оказывается неприменим, т.к. ролик (существует несколько их размеров в зависимости от степени износа втулок) не может "поднять" поверхность на требуемую для образования площадок величину. Нельзя использовать раскатывание для втулок из твердых материалов, например, из отбеленного чугуна, закалённой стали или металлокерамики - такие втулки нередко устанавливаются на японских двигателях. Попытки раскатывания таких втулок могут привести к поломке приспособления. Не рекомендуется также ремонтировать данным способом втулки двигателей, в основном, с нижним расположением распределительного вала, если в их конструкции не предусмотрена установка маслоотражательных колпачков. Здесь спиральная канавка существенно увеличивает расход масла даже при зазоре между втулкой и клапаном меньше номинального. Другим способом, также не предусматривающим замены втулок, является увеличение отверстия под ремонтные клапаны с увеличенным диаметром стержня. У некоторых двигателей прошлых лет выпуска чугунные головки цилиндров иногда имели конструкцию без направляющих втулок клапанов - отверстия в таких конструкциях выполнены непосредственно в тепе головки. Для таких двигателей в запасные части поставляются клапаны с увеличенным на 0,1 и 0,2 мм диаметром стержня под развертывание отверстия. Данный способ ремонта применим и для двигателей с запрессованными втулками, но это требует изготовления клапанов с увеличенным диаметром стержня, либо восстановления стержня в больший размер. Увеличение диаметра отверстия втулки, если она выполнена из твердых материалов, может быть выполнено только с помощью специальных алмазных разверток. Кроме того, изготовление или восстановление клапанов является непростой задачей, а ремонтные клапаны далеко не всегда можно найти. Вследствие указанных причин данный способ ремонта втулок находит на практике весьма ограниченное применение. Основным способом ремонта головок с изношенными втулками является замена втулок на новые с одновременным выполнением других работ, в частности, с заменой клапанов и маслоотражатепьных колпачков, ремонтом седел и подшипников распредепитепьного вала. В комплексе это позволяет добиться ресурса газораспределительного механизма не меньше, чем у нового двигателя. Удаление втулок из головки выполняется двумя способами - высверливанием или выпрессовкой. Высверливание применяют, в основном, на больших ремонтных заводах, располагающих соответствующим специализированным оборудованием. Высверливание производят последовательно сверлами разного диаметра со стороны седла клапана. Отверстие под втулку в головке после высверливания может иметь увеличенный диаметр, поэтому данный способ часто предполагает запрессовку втулок ремонтного размера. Такие втулки поставляются в запасные части для довольно большой номенклатуры двигателей. Более распространена выпрессовка старых втулок. Она может выполняться на специализированных станках  и вручную с помощью различных оправок. Одним из распространенных способов является выбивание старой втулки ударами молотка через оправку со стороны седла клапана. Существенным недостатком данного способа, особенно для чугунных или стальных втулок, запрессованных с большим натягом в алюминиевую головку, является опасность повредить головку, т.к. требуются достаточно сильные удары (уменьшить натяг можно нагревом головки до 150+180°С). В то же время для чугунных головок, а также для алюминиевых с бронзовыми втулками выбивание втулок не составляет большого труда - как правило, большого натяга здесь нет. Более удачным является выпрессовка втулок с помощью специального винтового приспособления. С помощью приспособления данного типа отверстия в головке не повреждаются, что позволяет в дальнейшем использовать втулки стандартного размера. Недостатком способа является то, что усилие выпрессовки ограничено прочностью винта приспособления. Для некоторых двигателей не удается приобрести новыенаправляющие втулки. Тогда их можно изготовить, если в распоряжении имеются необходимые материалы или заготовки. Наиболее удобно в качестве заготовок использовать направляющие втулки с других двигателей. Это в первую очередь относится к чугунным втулкам или втулкам из твердых материалов, которые при их отсутствии могут быть заменены на чугунные. Бронзовые втулки легче изготовить из соответствующего прутка оловянистой или оловянно-свинцовой бронзы. Работы по переделке или изготовлению втулок не представляют большой сложности и могут быть выполнены на универсальном токарном или шлифовальном оборудовании. При этом необходимо обеспечить точный наружный диаметр, небольшой (0,02+0,05 мм) припуск по отверстию и его соосность с наружной поверхностью не хуже 0,03 мм. Натяг по наружному диаметру втулки зависит от материала втулки и головки. Натяг должен быть выдержан достаточно точно, чтобы не повредить втулку и отверстие при запрессовке (слишком большой натяг) или чтобы втулка не ослабла при работе двигателя (слишком малый натяг). Следует иметь в виду, что отверстие в головке иногда повреждается при выпрессовке старой втулки, поэтому может потребоваться его увеличение в ремонтный размер и втулка соответствующего диаметра. Очевидно, отверстие перед запрессовкой должно быть точно измерено нутромером. Лучше всего, если при запрессовке создается разность температур деталей - температура головки должна быть выше, чем втулки. Это может быть сделано нагревом головки и/или охлаждением втулки. Необходимая для запрессовки разность температур определяется из условия уменьшения натяга втулки до величины, обеспечивающей запрессовку втулки без усилий, создающих опасность повреждения или поломки деталей. Нагрев головки цилиндров может быть осуществлен в печи. Иногда, если большой нагрев не требуется, используют другие способы, включая нагрев в кипящей воде. Для охлаждения втулок применяется жидкий азот или "сухой" лед. Представлены режимы нагрева и охлаждения деталей в зависимости от их материалов. Следует отметить, что для пары "чугун-чугун" и "бронза - алюминиевый сплав" втулки могут быть запрессованы при минимальной разности температур. Чем меньше натяг и твёрже материалы деталей, тем меньше нужна разность температуры деталей. Напротив, если одна из деталей выполнена из пластичного материала, при натяге более 0,03+0,04 мм происходит нагартовывание ("смятие") верхнего слоя мягкого материала и уменьшение натяга до указанной величины. Обе детали из пластичных материалов (например, бронзовая втулка и алюминиевая головка блока) при натяге более 0,05 мм могут "схватываться" с образованием задиров. В результате нарушается тепповой контакт между ними, ухудшается теплоотвод от стержня клапана. Это может привести к заклиниванию клапана во втулке при работе двигателя, "сползанию" втулки и другим неприятностям. Указанные особенности материалов следует учитывать при выборе способа установки втулок. Запрессовку втулок ударным способом удобно выполнять с помощью специальной оправки, предохраняющей верхнюю тонкую часть втулки от поломки. Установив втулку на оправку, необходимо ударами молотка по оправке запрессовать втулку в направлении к седлу до упора. Втулки некоторых двигателей не имеют упорных буртиков, поэтому необходимо контролировать выступание втулки при запрессовке. Если используется нагрев и/или охлаждение деталей, запрессовку втулок надо выполнять очень быстро одним-двумя ударами молотка, иначе температура деталей выравнивается, и натяг увеличивается. При "холодной" запрессовке (без разности температуры деталей) при ударах молотком по оправке есть опасность повредить как втулку, так и гнездо в головке. Этого не произойдет, если запрессовывать втулку специальным винтовым приспособлением. Данный способ при небольших натягах является предпочтительным. Определенные трудности могут возникнуть, если отверстие (гнездо) под втулку в головке повреждено. Повреждение может быть следствием разрушения клапана или неквалифицированной выпрессовки старой втулки. Для таких случаев у многих двигателей предусмотрена установка втулок с увеличенным наружным диаметром (ремонтных втулок).Если отверстия перед обработкой не повреждены или повреждены незначительно (эллипс и конус не более 0,03+0,05 мм), а ремонтное увеличение не превышает 0,10+0,15 мм, то можно использовать ручные развертки. При этом надо стараться избегать перекосов и боковых усилий на развертке, чтобы не перекосить отверстие. Если отверстие имеет сильное повреждение или требуется значительное увеличение его размера, то применять ручные развертки нельзя - перекос может оказаться настолько велик, что впоследствии клапан не удастся посадить на седло, даже углубив его на 1,0+1,5 мм. Поэтому обработка отверстий в таких случаях должна выполняться на станках, обеспечивающих установку инструмента соосно седлам (расточные координатно-расточные или специализированные для ремонта головок). После запрессовки втулок следует проверить и при необходимости прокалибровать разверткой отверстия. При этом следует обеспечить зазоры 0,03+0,04 мм для впускных клапанов и 0,04+0,05 для выпускных. Для некоторых двигателей поставляемые в запасные части втулки не требуют калибровки отверстия после установки. Заключительным этапом работы по замене втулок является обработка седел клапанов, так как обычно соосность отверстия новой втулки и седла отсутствует.
 
9.6. Т.3. Ремонт седел клапанов
 
Седла клапанов после больших пробегов автомобиля обычно оказываются изношенными. С одной стороны, уплотняющая фаска приобретает форму, отличную от конической, а с другой - появляется овальность седла по фаске из-за неравномерного износа седла, т.к. клапан качается в направляющей втулке только в плоскости вращения кулачка распределительного вала. При перегреве и деформации головки часто возникает несоосность направляющих втулок и седел клапанов. Нередко на фаске седла (обычно выпускного клапана) появляются раковины из-за нарушения процесса сгорания и перегрева. Износы, повреждения и несоосность седел сопровождаются соответствующими дефектами клапанов, что приводит к их негерметичности, ухудшению параметров двигателя, а также к перегреву клапанов и седел с последующими более серьезными поломками. Поэтому при сложном ремонте двигателя, связанном с его разборкой, седла клапанов обязательно должны проверяться и ремонтироваться так же, как клапаны и направляющие втулки. Основными способами ремонта седел клапанов с описанными дефектами являются фрезерование (растачивание), шлифование и притирка. Фрезерование является наиболее распространенным способом ремонта седел. При этом используются фрезы с различными углами и диаметрами. Углом фрезы обычно считается половина угла при вершине. Поэтому фрезы с углом 45° подходят для ремонта большинства двигателей. Значительно реже встречаются седла (и клапаны) с углом 30°. Фрезы с углами в диапазонах 15+35° и 55+70° имеют вспомогательное значение для получения необходимой ширины и диаметра фаски седла согласно рекомендациям фирм-изготовителей конкретного двигателя. Так как далеко не для всех двигателей такие данные известны, то на практике наиболее часто применяются фрезы с углами 30°, 45° и 60°, обеспечивающие получение традиционной формы седла. Наружный диаметр фрезы согласуется с диаметром седла - обрабатываемая поверхность седла должна быть на 1+3 мм меньше фрезы, иначе на седле образуется характерная ступенька. Обычные угловые фрезы выполняются в двух вариантах - из инструментальной стали для обработки "мягких" седел и с твердосплавными пластинками для обработки седел, имеющих высокую твердость. Поскольку диаметр таких фрез фиксирован, требуется большое количество фрез различных диаметров (от 25 до 50 мм), если предполагается или выполняется ремонт большой номенклатуры двигателей. Некоторые фирмы, производящие инструмент и приспособления для ремонта, выпускают фрезы с регулируемыми твердосплавными пластинками (резцами). Это позволяет сократить потребное для ремонта количество фрез в несколько раз Основной задачей при фрезеровании седла является обеспечение соосности обрабатываемой поверхности с отверстием в направляющей втулке клапана. Для этого используются два основных типа центрирующих стержней (пилотов) и соединений с ними фрез для обработки седел. Первый тип предусматривает жесткое крепление фрезы на пилоте. При этом диаметр пилота должен быть на 0,01+0,03 мм меньше внутреннего диаметра втулки. Недостатком данной конструкции является довольно большой зазор пилота во втулке, особенно, если втулка даже незначительно изношена. В результате этого седло после обработки может оказаться несоосным со втулкой. Указанные особенности данного типа фрез требуют большого количества пилотов с разным диаметром и достаточно высокой квалификации механика. Качество обработки седла, в том числе, отсутствие характерного "дробления", зависит не только от квалификации (сипа давления на фрезу, исключение перекосов), но и от качества приспособления. В данном случае большое значение имеет зазор между отверстием фрезы и пилотом (он не должен превышать 0,02 мм), биение режущих кромок фрезы относительно пилота, качество заточки зубьев. Довольно сильно влияет количество зубьев фрезы - их должно быть нечетное число и не слишком мало (желательно, не менее 11). Недостатки фрез данного типа несколько смягчается с помощью неподвижного крепления пилота во втулке клапана. Основным требованием к такому типу приспособлений является зажатие пилота за неизношенную среднюю часть втулки, что обеспечивается различными цанговыми зажимами. Приспособление должно иметь очень точное соединение фрезы и пилота - зазор менее 0.01 мм, но и в этом случае есть опасность перекоса оси втулки и седла клапана за счет упругой деформации пилота. Находят применение резцовые головки, у которых вместо фрезы используется твердосплавный резец. Наиболее удобны приспособления, у которых специальный резец позволяет сформировать сразу весь профиль седла. Такие приспособления выпускаются, например, фирмами SUNNEN и MIRA (США). Их преимуществом является наличие двух опор у пилота — одна на втулку, вторая — в кронштейне приспособления. Это значительно повышает качество обработки, приближая его к станочной. Технология обработки седла не отличается большой сложностью, однако желательно, чтобы направляющая втулка клапана была бы отремонтирована или заменена. Седло вначале обрабатывается под угол фаски клапана "как чисто", т.е. до тех пор, пока рабочая фаска седла не будет полностью обработана. Далее дополнительно обрабатываются конусы, сначала с меньшим углом, затем с большим, таким образом, чтобы ширина фаски стала 1,5+2,0 мм для впускного клапана и 2,0+2,5 для выпускного. После этого желательно "тронуть" рабочую фаску седла, чтобы убрать заусенцы. После фрезерования седла необходимо притереть к нему клапан. Притирка в данном случае позволяет в первую очередь проконтролировать качество ремонта - при правильно фрезерованном седле достаточно нескольких секунд для получения ровной притертой поверхности и клапана, и седла. Для притирки могут быть использованы различные приспособления для привода клапана. Одним из наиболее удобных является цанговый зажим для стержня клапана с рукояткой. Вариант с фиксацией стержня болтом может повредить стержень клапана и плохо подходит для конструкций головок с цилиндрическими толкателями, а привод клапана с помощью резиновой присоски ненадежен и недолговечен. Использовать для притирки дрель нецелесообразно, т.к. можно повредить стержень и направляющую втулку, а фаски седла и клапана будут иметь неправильную сферическую форму. Для притирки лучше всего использовать абразивную корундовую пасту зернистостью 28+40 мкм или аналогичный порошок с трансмиссионным маслом. Алмазные пасты применять нежелательно, т.к. из-за внедрения твердых частиц ускоряется износ рабочих фасок седла и клапана в эксплуатации после ремонта. Притирка выполняется вращением "вперед-назад" прижатого к седлу клапана. Периодический подъем и опускание клапана на седло позволяют возвращать к фаске седла пасту, вытесненную за края фаски во время притирки. Обычно для притирки седла необходимо время не более 1+2 мин. Если за это время не удается получить нормальную поверхность фасок на седле и клапане, необходимо предварительно обработать седло. Следует отметить, что в любом случае нельзя злоупотреблять притиркой, пытаясь исправить деформированное седло или клапан - слишком длительная притирка деформирует фаски на седле и клапане совершенно так же, как износ при длительной эксплуатации. Это существенно снижает качество ремонта седел и клапанов. Кроме того, при притирке следует соблюдать осторожность, чтобы паста не попала в направляющую втулку. Для этого следует протирать седло чистой ветошью, мыть клапан сразу после притирки и не трогать стержень клапана руками, если на них оказалась абразивная паста. Если паста все же попала во втулку, необходимо самым тщательным образом ее промыть и продуть. Остатки пасты, попадая внутрь втулок из "мягких" материалов, особенно бронзы, способны в дальнейшем ускорить износ стержня клапана во много раз. Независимо от способа ремонта седла и фаски клапана происходит увод клапана вверх, равносильный удлинению стержня. Это может затруднить регулирование зазора клапанов в механизмах с цилиндрическими толкателями, где зазор определяется толщиной регулировочных шайб. В механизмах с гидротолкателями указанное "удлинение" клапана может привести к его "зависанию". Поэтому, если наблюдается сильный износ фасок на седлах и клапанах, при их ремонте рекомендуется одновременно несколько укоротить клапан со стороны его торца. Обычно достаточно 0,2+0,4 мм, более точ-но это можно сделать, измерив положение клапанов в головке до и после ремонта с помощью штангенглубиномера, например, по вьклупанию торцов со стороны верхней плоскости или тарелок со стороны нижней плоскости. На больших ремонтных предприятиях вместо фрезерования иногда используют шлифование седел. Принцип обработки при концентричном шлифовании аналогичен фрезерованию. Применяется также способ эксцентричного шлифования, при котором ось вращения круга не совпадает с осью направляющей втулки, а пересекает ее. Для шлифования используются круги относительно малого диаметра, причем для концентричного шлифования подбор кругов аналогичен подбору фрез Для эксцентричного шлифования угол круга зависит от угла между осями втулки и вращения круга. Следует стремиться к тому, чтобы угол фаски седла был на 0°10'+0°30' меньше угла фаски клапана что в дальнейшем обеспечивает лучшую герметичность клапана и исключает его прогары. Шлифование седел осуществляется с помощью специальных станков или приспособлений, закрепляемых на головке блока цилиндров. Основной задачей при шлифовании является обеспечение соосности седла и направляющей втулки. Для этого необходима правильная установка пилота во втулку (желательно, чтобы ее отверстие было неизношено или отремонтировано), а также отсутствие боковых усилий при шлифовании. Шлифование имеет преимущества перед другими способами ремонта рабочей поверхности седел. Качество и точность шлифованной поверхности существенно выше, чем после ручного фрезерования и притирки, поэтому, если фаска клапана также шлифована при ремонте, притирать клапан не следует - это только ухудшит качество ремонта и уменьшит площадь контакта деталей. Необходимо только проверить прилегание клапана. Для этого существует несколько способов - по индикатору специального измерительного приспособления, по краске, по "карандашу", а также на утечку керосина, налитого в камеру сгорания при собранных клапанах и пружинах. Наиболее простой является проверка с помощью мягкого карандаша, при которой на фаску клапана равномерно наносится 6+8 радиальных линий. После установки клапана необходимо нажать на тарелку и немного провернуть клапан в обе стороны. Если все сделано правильно, линии будут стерты. При ремонте сёдел и фасок не обязательно стремиться к 100%-ной герметичности клапанов, т.к. после непродолжи- тепьной эксппуатации детали прирабатываются друг к другу (разумеется, речь идёт о правильно отремонтированных деталях). Поэтому к проверке утечек через клапаны с помощью керосина следует относиться с осторожностью - небольшие утечки ещё не являются признаком некачественного ремонта. Шлифованием более удобно обрабатывать седла из твердых сплавов, которые плохо обрабатываются фрезами. Длянекоторых седел лучше использовать более износостойкие алмазные круги, т.к. обычные круги из корунда требуют частой правки и не позволяют снимать большой припуск. Следует также отметить, что высокая точность шлифования может быть снижена искривлением плоскости головки, т.к. после затяжки болтов соосность седел и втулок может нарушиться. Именно поэтому на больших ремонтных предприятиях при капитальном ремонте двигателей плоскость головки всегда обрабатывается "как чисто". На практике нередко встречаются случаи серьезных повреждений сёдел, когда требуется их замена. Обычно седла могут треснуть или сломаться, например, выкрошиться по частям из гнезда, при поломке клапана и/или поршня. При сильном перегреве двигателя, особенно с алюминиевой головкой блока цилиндров, посадка седла может ослабнуть с аналогичными последствиями. Во всех случаях возникновения дефектов или поломок седел гнездо седла в головке в той или иной степени повреждается. Поэтому замена седла всегда предполагает обработку его посадочной поверхности в головке блока цилиндров. Удаление седел с трещинами, а также растачивание гнезда под новое седло достаточно удобно выполнять на вертикально- расточном станке. Для этого необходимо обеспечить допуск на соосность растачиваемой поверхности с отверстием во втулке не более 0,05+0,07 мм, что может быть сделано с помощью индикатора, закрепленного на резцедержателе, и пилота, устанавливаемого во втулку с малым зазором (0,01+0,02 мм). Фирмы, специализирующиеся на производстве оборудования для ремонта двигателей, выпускают станки для ремонта головок, в том числе полуавтоматические и автоматические, позволяющие автоматизировать взаимную выверку положения головки и режущего инструмента. Такие станки нередко имеют специальные инструмент и оснастку не только для обработки отверстий под втулки и седла, но и для их выпрессовки и запрессовки. К сожалению, стоимость такого оборудования достаточно высока, и пока оно имеет весьма ограниченное применение. Выпускаются также приспособления для ручного растачивания гнезд под седла в виде специальной головки с резцами - резцедержателя, в комплекте с пилотом и специальным механизмом привода. В условиях небольших мастерских такие приспособления заменяют расточной станок однако уступают ему в точности обработки поверхности. При растачивании гнезда под новое седло необходимо знать наружный диаметр седла, либо изготовить седло под расточенное гнездо. В запасные части для некоторых двигателей поступают седла уже увеличенного (ремонтного) размера. Некоторые фирмы, выпускающие различный инструмент, предлагают и специальные заготовки для изготовления седел в виде чугунных труб различного диаметра. В качестве заготовки для седла может быть выбран старый чугунный распределительный или коленчатый вал. Изготовление седла не представляет больших трудностей и выполняется на универсальном токарном станке. Если седло предполагается изготовить, то вначале лучше расточить отверстие для него. Растачивание должно выполняться "как чисто" как по диаметру, так и по торцу гнезда. Затем необходимо измерить диаметр отверстия нутромером и глубину штангенциркулем. Эти данные являются исходными для определения размеров седла. Для алюминиевых головок натяг седла в отверстии должен составлять в среднем 0,10+0,12 мм, а для чугунных - 0,08+0,10 мм, причем большие значения соответствуют седлам клапанов с диаметром тарелки более 45 мм. По высоте седло обычно делается заподлицо с поверхностью камеры сгорания. Изготовленное седло должно иметь небольшую заходную фаску с углом 5+10° и фаску 45° с противоположной стороны для зачеканивания седла после установки. Для алюминиевых головок в середине наружной поверхности седла следует сделать неглубокую канавку, предохраняющую седло от выпадания. У седел для чугунных головок подобная канавка не делается. Чтобы установить седло, необходимо изготовить специальную оправку, обеспечивающую центрирование седла и исключающую его перекос при запрессовке. При запрессовке следует создать максимально возможную разность температур, чтобы исключить или значительно уменьшить натяг. Величина натяга при запрессовке определяется используемым оборудованием для нагрева головки и/или охлаждения седла. Здесь находят применение печи и термошкафы для нагрева - температура головки из алюминиевого сплава обычно держится в диапазоне 1(ХМ50СС, а чугунной - 150+200°С. Головка в условиях небольшой мастерской может быть также нагрета в кипящей воде до 100°С. Для охлаждения седел наилучшим образом подходит жидкий азот (температура охлаждения -140°С), в крайнем случае "сухой" лед. Седло должно быть выдержано при низкой температуре в сборе с оправкой, иначе при установке на оправку седло может быстро нагреться. Запрессовка седла выполняется с быстрым переносом оправки с седлом от охладителя к головке и ударом молотка по оправке с седлом. Если режимы нагрева-охлаждения были выбраны и выдержаны правильно, то для установки достаточно одного-двух резких ударов. После установки седла его необходимо зачеканить. Для этого можно использовать узкое зубило, с помощью которого материал головки зачеканивается на верхнюю фаску седла. Такая схема применяется для седел в алюминиевых головках. Для чугунных седел в чугунных головках зачеканивание не нужно, т.к. материал головки и седла имеет одинаковый коэффициент линейного расширения. Последней операцией при замене седла является обработка фаски указанными выше способами.
 
9.6.1.4. Ремонт форкамер головок дизельных двигателей
 
Ослабление посадки, а также трещины и разрушение вставок (крышек) форкамер вихрекамерных дизелей является довольно распространенным дефектом, связанным обычно с нарушениями процесса сгорания и перегревом стенок головки, а также разрушением клапанов, седел и/или поршней. Разрушение или выпадение крышки представляет большую опасность для двигателя, т.к. приводит к разрушению поршня, деформации шатуна, головки блока и клапанов. Замена крышки форкамеры, если ослаблена ее посадка в головке, выполняется в цепом подобно седлам клапанов. Для некоторых двигателей крышки поставляются в запасные части с увеличенным наружным диаметром, что облегчает задачу. Тогда гнездо растачивается на вертикально-расточном станке под крышку с натягом по наружному диаметру крышки 0,08+0,10 мм для алюминиевой головки и 0,05+0,07 мм для чугунной. Натяг по меньшему диаметру крышки не требуется. При растачивании необходимо выдержать глубину под упорный буртик крышки, иначе потребуется снятие большого припуска при последующей обработке плоскости головки. При разрушении крышки форкамеры нередко гнездо оказывается достаточно сильно разбито, и для ремонта требуются крышки с наружным диаметром на 1+2 мм больше стандартного. Естественно, использование поставляемых в запасные части крышек ремонтного размера становится невозможным, поскольку они имеют меньшее ремонтное увеличение. В таких случаях крышка может быть изготовлена. Для изготовления крышки можно использовать отечественные жаростойкие стали и сплавы, в том числе такие, как ЭИ69 (45Х14Н14В2М), ЭИ388 (40Х15Н7Г7Ф2МС), ЭИ481 (37Х12Н8Г8МФБ), ЭИ572 (31Х19Н9МВРТ), ЭП700 (10Х15Н27ТЗМР), ЭП890 (40Х11МЗФМ) и целый ряд других. Изготовить крышку, как правило, несложно, однако следует иметь в виду, что некоторые жаростойкие материалы трудно обрабатывать вплоть до того, что не удается просверлить отверстие в крышке. Поэтому подбор материала для крышки необходимо сопоставлять с технологическими возможностями производства. Альтернативным изготовлению новой крышки способом ремонта является установка в гнездо специального кольца. Данная схема применяется при сильном повреждении гнезда, когда требуется увеличение его диаметра на 2 мм и более. Кольцо изготавливается из силумина с содержанием кремния не менее 6%, должно иметь глубину не менее 8+10 мм, толщину стенки не менее 1,5 мм и натяг в расточенном гнезде порядка 0,03+0,05 мм. При установке кольца в гнездо следует создать разность температуры деталей не менее 120+150°С, чтобы кольцо зашло свободно. Установка крышки мало отличается от установки нового седла клапана - следует обеспечить достаточную разность температур деталей и "вбить" крышку в гнездо с помощью круглой медной или алюминиевой оправки с плоским торцом, предварительно обеспечив ориентацию отверстия в крышке. Затем следует проверить и прошлифовать нижнюю плоскость головки, т.к. крышка форкамеры должна быть заподлицо с ней или выступать не более чем на 0,05 мм.
 
9.6.1.5. Ремонт дефектов головки блока цилиндров
 
К таким дефектам в первую очередь следует отнести трещины. Трещины в головке блока цилиндров обычно появляются при разрушении деталей, например, клапанов, при сильном перегреве двигателя, а также при его «размораживании ». Ремонт трещин представляет собой серьезную проблему вследствие плохой свариваемости традиционных материалов головок - алюминиевых сплавов (силуминов) и чугунов. В отличие от блоков цилиндров, головки менее склонны к большим деформациям после сварки, однако наличие ряда конструктивных особенностей головок (седла клапанов, постели распределительного вала и другие элементы, рядом или через которые могут проходить трещины) сильно усложняет ремонт. Особую сложность представляет ремонт камер сгорания, где при работе двигателя возникают большие перепады температур - некачественная сварка довольно быстро приводит к образованию новых трещин и потере герметичности. Наличие трещины в камере сгорания даже при серьезном повреждении ее поверхности можно определить, если ввернуть свечу зажигания, а внутрь седел клапанов установить заглушки с уплотнительными резиновыми кольцами. Тогда, перевернув головку плоскостью вверх и налив в камеру керосин, можно найти утечку керосина в рубашку (отсутствие утечек через свечу и заглушки легко контролируется). Более надёжным способом проверки головки на герметичность является опрессовка под давлением. Для этого необходимо заглушить все окна рубашки головки на плоскости стыка с блоком с помощью стальных пластин, притягиваемыхболтами с гайками к головке через резиновые прокладки. Штуцеры и патрубки закрываются шлангами с соответствующими заглушками. Один из штуцеров остаётся свободным - через него в головку заливается вода, после чего он через шланг подключается к ручному насосу высокого давления. После создания давления в рубашке охлаждения порядка 0,6+0,7 МПа следует выдержать головку в течение одного-двух часов. Даже незначительные трещины при таких условиях обнаруживаются по выступанию капель воды, а также резкому падению давления. Проверку герметичности головки необходимо делать во всех случаях нарушения герметичности системы охлаждения, когда прокладка головки не повреждена, а плоскость стыка с блоком сильно не деформирована, но имеются следующие признаки неисправностей: "выбивание" охлаждающей жидкости из расширительного бачка вскоре после запуска холодного двигателя; водомасляная эмульсия в картере; запах отработавших газов из расширительного бачка; масляная плёнка на поверхности жидкости и на стенках расширительного бачка. Кроме того, рекомендуется проверять головку при визуальном обнаружении трещин в стенках камеры сгорания, а также при серьёзных повреждениях поверхности камеры сгорания разрушенными деталями (клапаны, сёдла, поршень). Наиболее часто трещины возникают в следующих сечениях головок: между сёдлами клапанов; между форкамерой и седлом клапана (у дизелей); в выпускном канале за седлом клапана (чаще встречается в чугунных головках); на верхней части рубашки вдоль головки (по подшипникам распределительного вала). Основным способом ремонта трещин в головках является сварка. При этом существенное значение имеет правильная разделка трещины. Необходимо вдоль всей трещины выполнить канавку достаточно большой глубины (6+8 мм) и такой же ширины. Это может быть сделано фрезерованием или ручной дрелью с шарошкой. Если трещина расположена около седла клапана, седло следует удалить (например, растачиванием или фрезерованием). Для чугунных головок наиболее надежным способом ремонта является газовая сварка чугунной проволокой (иногда вместо нее используют после соответствующей очистки старые поршневые кольца) при подогреве всей головки до 700+800°С. Подогрев головки осуществляется в печи. Лучше всего, если у печи есть специальное окно, через которое может быть произведена сварка - это предохраняет головку от остывания при сварке. В таких условиях получается практически монолитная структура металла в месте сварки без каких- либо ее изменений на границах шва и основного металла. После выдержки в печи в течение 2+3 ч головка должна мед- пенно остывать вместе с печью. Трещины в алюминиевой головке обычно завариваются ар- гонно-дуговой сваркой. Наилучшие результаты получаются при подогреве головки до 200+250°С с последующей выдержкой и медленным охлаждением вместе с печью. Вследствие некоторой пластичности алюминиевых сплавов хороший шов можно получить и при меньшем подогреве, однако следует помнить, что чем больше температура головки (но не выше указанной, чтобы не деформировать головку), тем меньше внутренние напряжения будут у сварочного шва и тем надежнее будет ремонт. После ремонта головок с применением сварки часто требуется обработка базовых поверхностей, особенно плоскости стыка с блоком. Если сварка проводилась в камере сгорания, то предварительно необходимо обработать сварочный шов заподлицо с поверхностью камеры. Обработав плоскость, следует отремонтировать или установить новые седла клапанов. После сварки проверка на герметичность под давлением является обязательной. Некоторые локальные повреждения головок довольно часто встречаются в эксплуатации. К ним относятся, в основном, повреждения плоскости стыка с блоком - такие, как прогар между камерой сгорания и рубашкой охлаждения и прогар по контуру окантовки прокладки. Эти неисправности могут быть устранены аналогично трещинам (включая разделку мест прогара). Локальные трещины и повреждения неответственных поверхностей, не испытывающих больших механических (например, при затяжке болтов) и температурных нагрузок (где нет контакта с горячими газами), могут быть также отремонтированы с помощью клеевых композиций накладками или штифтами. К часто встречающимся дефектам головок можно отнести повреждение резьбового отверстия свечи зажигания. Такие повреждения могут возникнуть при отворачивании свечи, например, из-за подгорания нижних витков резьбы свечи. Иногда это приводит к заклиниванию и поломке свечи вблизи уплотнительного кольца. Если резьбовая часть свечи осталась в отверстии, необходимо аккуратно высверлить её, обеспечив совпадение осей отверстия и сверла. При этом отверстие изолятора центрального электрода свечи хорошо центрирует сверло. Начинать высверливание следует сверлом 06+7 мм, постеленно увеличивая диаметр сверла до 011+12 мм, после чего оставшуюся часть свечи удаётся вынуть. Далее резьбовая часть "прогоняется" метчиком М14х1,25.
Если при выворачивании или заворачивании свечи резьба оказалась сильно повреждённой, то её, как правило, ужене удается восстановить метчиком. Стандартным способом ремонта является установка специальной втулки (футорки). Для этого в резьбовое отверстие сначала заворачивается метчик М16х1.5, а затем - М18х1.5 (какое-либо предварительное рассверливание отверстия не нужно). Футорка, изготовленная из латуни или бронзы с резьбой М14х1.25 внутри и М18х1,5 снаружи, наворачивается на свечу, после чего свеча заворачивается в отверстие. Наружную резьбу на футорке желательно выполнить "тугой", чтобы обеспечить небольшой натяг в отверстии головки. У современных высокофорсированных двигателей данный способ ремонта следует применять с осторожностью и только в крайнем случае. Футорка ухудшает отвод тепла от свечи, что может привести к её перегреву, калильному зажиганию, а также "выстреливанию" свечи из отверстия на режимах высоких частот вращения и нагрузок. Поэтому в некоторых случаях оказывается целесообразным устанавливать в повреждённое отверстие свечу с резьбой М18х1,5. Повышение надежности соединения обеспечивает алюминиевая футорка, имеющая по наружному диаметру "тугую" резьбу, однако технология установки такой футорки сложнее (требуется обеспечить достаточную разность температур и быстрое заворачивание футорки в отверстие головки). Если резьба повреждена не более чем на 40-50% длины, ее можно отремонтировать, прогнав метчиком со стороны неповрежденной части. Когда головка блока цилиндров не демонтирована, а повреждена заходная часть резьбы, то можно попытаться «спасти» резьбу специальным «разжимным» метчиком. Его легко сделать из старой свечи, выбив из нее центральный электрод и сделав разрез ножовкой вдоль стальной резьбовой части. Такой «метчик» устанавливается «до упора» в головку, затем в отверстие «метчика» забивается стержень, разжимающий стенки, после чего метчик выворачивается из отверстия, одновременно исправляя резьбу.
Нередко при разборке головки ломаются шпильки крепления коллекторов. Если шпилька сломалась заподлицо с плоскостью, то её необходимо высверлить. Перед высверливанием следует точно по центру накернить шпильку, далее сверлом малого диаметра (03+4 мм) просверлить в шпильке отверстие насквозь строго по её оси. Затем сверлом диаметром D = М - S, где М - диаметр резьбы; S - шаг, высверлить шпильку и нарезать резьбу заново. При высверливании следует соблюдать осторожность, чтобы не перекосить сверло, иначе резьба окажется повреждена, и потребуется увеличить ее диаметр. Если шпилька обрывается на некотором расстоянии от фланца, то можно попробовать вывернуть её. Для этого на торчащем от плоскости стержне делаются напильником две параллельные лыски. которые зажимаются тисками, и шпилька выворачивается поворотом тисков в руках. Можно также попытаться вывернуть шпильку газовым ключом, но это менее надёжный способ. Если подобным способом вывернуть шпильку не удаётся, следует спилить её до основания и высверлить по схеме, указанной выше. Можно также приварить к обломку шпильки гайку (через отверстие) и, затем вывернуть шпильку ключом. Если при высверливании шпильки или болта не удалось сохранить резьбу в отверстии, можно использовать специальные резьбовые футорки. Футорки представляют собой пружину из провопоки специального профиля, создающей снаружи резьбу того же шага, что и внутри с диаметром на 2 мм больше внутреннего. Другие способы, включая переход на ступенчатую шпильку, шпильку большего диаметра или установку вместо шпильки болта с гайкой имеют ограниченное применение. В практике ремонта встречаются и более сложные дефекты головок, требующие применения специального оборудования и методов ремонта.
Подобные ситуации возникают, например, при сильной деформации стержня клапана у дизеля после обрыва ремня привода распределительного вала. При этом стержень клапана деформируется, укорачивается, одновременно увеличиваясь в диаметре, и заклинивает в направляющей втулке. Попытки выбить или выпрессовать такой клапан могут привести к повреждению головки вплоть до её неремонтопригодности, а высверливание клапана затруднено или невозможно, т.к. его материал имеет высокую твердость. Аналогичная картина возникает также при поломке свечи накаливания у дизеля из-за пригорания резьбы или применения несоответствующего инструмента. При этом электрод свечи, выполненный из тугоплавкого материала, также не удаётся высверлить. В таких случаях стержень из плохо обрабатываемого материала можно "выжечь", используя электроискровой или эпектроэрозионный методы обработки. Данные методы основаны на разрушении поверхностного слоя материала при возникновении искры или дуги между ним и катодом, выполненным в виде стержня нужной длины и диаметра. Продукты разрушения детали вымываются жидкостью (обычно - керосином), а катод постеленно продвигается в тепо детали. Несмотря на недостатки методов (специальное оборудование, низкая производительность), в некоторых случаях они позволяют "вернуть к жизни" казалось бы "безнадежные" детали.
 
9.6.2. Ремонт распределительного вала
 
Износы рабочих поверхностей распределительного вала довольно часто встречаются в эксплуатации и связаны, в основном, с недостаточной смазкой и несвоевременным техническим обслуживанием (большие зазоры в приводе клапанов). Поэтому при ремонте распределительного вала всегда следует выявить и устранить причину ускоренного износа - например, это может быть не только недостаточное давление масла вследствие негерметичности редукционного клапана или износа деталей маслонасоса, но и просто масло низкого качества. У распределительных валов подвержены износу кулачки и опорные шейки. В эксплуатации встречаются валы с износом только шеек, только кулачков, а также и шеек и кулачков одновременно. Наиболее просто ремонтируется вал, у которого изношены только опорные шейки. Ремонт распределительных валов имеет определенные особенности, обусловленные механизмом привода клапанов. Перед началом ремонта следует определить состояние постелей распределительного вала - измерить их износ, овальность, а также решить, требуется пи их ремонт, либо они могут быть оставлены без дополнительной обработки. Это необходимо для определения ремонтного размера опорных шеек вала. Конструкция подавляющего большинства современных автомобильных двигателей не предусматривает каких-либо способов ремонтного уменьшения диаметра подшипников распределительного вала (в отличие, например, от коленчатого вала). Поэтому ремонт опорных шеек часто связан с увеличением их диаметра с помощью наварки (наплавки) металла на шейки.
Перед ремонтом, необходимо проверить биение в центрах или на призмах. Проверку следует выполнять в трех плоскостях - по краям вала и в середине. Если с переднего края это сделать нетрудно, т.к. здесь располагается посадочный пояс шкива (звездочки) и, возможно, поверхность, по которой работает сальник, то проверка в других плоскостях может вызвать затруднения из-за большого и неравномерного износа опорных шеек. В таких случаях проверку следует проводить по тыльным сторонам расположенных рядом кулачков. Биения на краях вала устраняются притиркой соответствующих центровых фасок. Оставшееся после этого биение в середине вала требует его правки. Следует отметить существенную разницу в допустимых биениях валов с механической (ручной) регулировкой зазоров в приводе клапанов и с автоматической (гидротолкатепями или гидрокомпенсаторами зазоров). При механической регулировке зазора допустимым биением тыльной стороны кулачка относительно оси вращения вала (опорных шеек) может быть принята величина 25+30% от величины номинального зазора в механизме привода.
При среднем зазоре порядка 0,20+0,25 мм это биение может без каких-либо отрицательных последствий достигать 0,05+0,08 мм. Это значит, что зазор при вращении вала непостоянен, но его изменение не будет выходить за пределы регулирования (обычно точность ручной регулировки зазоров составляет 0,05+0,10 мм). Следовательно, у валов, работающих с механизмами ручной регулировки зазоров, требования к биению тыльных сторон кулачков относительно оси вращения достаточно "мягкие", и не составляет большого труда выдержать их при ремонте. Исключения здесь составляют валы, у которых имеются шестерни привода дополнительных агрегатов. Тогда для работоспособности шестерен допустимое максимальное биение в шейке ближайшей к шестерне должно быть уменьшено по крайней мере вдвое, т.е. до 0,03+0,04 мм. Совершенно другая картина имеет место у валов с гидротолкатепями. Практика показывает, что при биении тыльной стороны кулачка свыше 0,015+0,020 мм клапан нередко перестает работать нормально. Гидротолкатель автоматически "находит" на тыльной стороне кулачка точку с минимальным радиусом, в которой клапан закрыт. Во всех остальных точках, имеющих радиус больше на величину биения, гидротолкатель может испытывать усилие со стороны кулачка.
При этом обратный клапан гидротолкателя запирается, после чего механизм привода приоткрывает клапан в камере сгорания на величину биения тыльной стороны кулачка. В результате этого те цилиндры, где кулачки распределительного вала имеют биения, не работают на холостом ходу, т.е. при малом давлении и расходе воздуха, когда относительная доля утечек газа через приоткрытый клапан велика. Интересно отметить, что данная неисправность хорошо диагностируется измерением давления в цилиндрах компрессометром в двух положениях дроссельной заслонки - в полностью открытом и закрытом. В первом случае максимальное давление в цилиндре с "зависающим" клапаном обычно мало отличается от остальных (всего на 0,10+0,25 МПа), в то время как во втором случае оно может быть снижено более чем в 2+3 раза. Близкая картина может наблюдаться при большом зазоре в опорных подшипниках распределительного вала (более 0,12+0,15 мм). За счёт этого возможны колебания распределительного вала в подшипниках, вызывающие дополнительное отклонение (биение) тыльной стороны кулачка.
В результате двигатель может работать неустойчиво на холостом ходу и низких частотах вращения. Исходя из этого, ремонт вала, работающего с гидротолкатепями, представляет собой более трудную задачу. Если притиркой центровых фасок и правкой не удается добиться биения тыльной стороны кулачков менее 0,01 мм, то в дальнейшем это потребует шлифования тех кулачков, биение которых превышает этот уровень. Когда ремонтный размер шеек определен и вал подготовлен к ремонту, опорные шейки навариваются. Если применяется роликовая наварка ленты, то после нее распределительный вал не получает каких-либо деформаций. Кроме того, данный способ наварки не требует занижения - предварительной шлифовки шеек, даже в том случае, если окончательный размер шеек не увеличивается (например, если шейки имеют много мелких круговых рисок).
Если после наварки вал оказался деформированным, и биение тыльных сторон кулачков стало больше допустимого, его необходимо править. При отсутствии правки такой вал потребует после шлифования опорных шеек дополнительно шлифования тех кулачков, биение тыльной стороны которых превышает допустимое. После наварки шеек не деформируются распределительные валы, у которых диаметр шеек существенно больше диаметра "стержня" вала, т.е. когда шейки соизмеримы с размером кулачка. Валы с шейками малого диаметра могут после наварки ленты получить дополнительное биение в несколько сотых долей миллиметра. Кроме того, при ремонте распределительных валов этого типа после задиров и перегрева опорных шеек следует иметь в виду, что существует опасность их поломки в дальнейшей эксплуатации. Деформированный при наварке опорных шеек вал необходимо термообработать (состарить) независимо от того, правился он или нет. Так же, как и коленчатые, распределительные валы могут деформироваться со временем при нормальной температуре или достаточно быстро при рабочей. Термообработка (старение) проводится при температуре 180+200°С в течение четырех часов, причем распределительный вал желательно подвешивать вертикально. Наилучшие результаты дает старение, если оно выполняется после предварительного шлифования опорных шеек с припуском порядка 0,08+0,10 мм на окончательное шлифование. Это связано с тем, что значительная часть дефектного поверхностного слоя, вызывающего реформацию, снимается шлифованием.
Если старение проводить сразу после наварки, не исключено, что через несколько дней после шлифования у опорных шеек появится биение в несколько сотых долей миллиметра. В практике ремонта известны случаи, когда из-за ослабления или недостаточной затяжки звездочки (шкива, шестерни) привода распределительного вала разбивается посадочная поверхность на валу. Технология ремонта таких повреждений включает наварку и шлифовку и практически не отличается от технологии ремонта посадочных поверхностей коленчатого вала. Особую сложность представляет ремонт распределительного вала с наплавкой (наваркой) кулачков. Независимо от количества наплавляемых кулачков и способа наплавки вал в той или иной степени деформируется. Поэтому основная задача ремонта таких валов - обеспечить после ремонта минимально допустимые биения как опорных шеек, так и тыльных поверхностей всех кулачков. Эта задача нередко настолько сложна по трудоемкости, особенно для валов, работающих с гидротолкатепями, что если есть возможность замены вала на новый, то это лучше сделать безо всякого сомнения. Таким образом, восстановление распределительных валов с наплавкой кулачков рекомендуется только для случаев, когда найти новый вал не представляется возможным. Практика показывает, что при наплавке нескольких кулачков редко удается поправить вал так, чтобы взаимные биения опорных шеек и тыльных поверхностей всех кулачков остались меньше максимально допустимых. Поэтому скорее всего потребуется, с одной стороны, шлифование даже тех кулачков, которые не наплавлялись, а с другой - восстановление опорных шеек в прежний размер, но при отсутствии взаимного биения, т.е. с помощью их наварки и шлифовки. Аналогичная общая схема ремонта может быть применена, если после восстановления кулачков и/или шеек вал не правится или если одновременно с кулачками требуют восстановления опорные шейки. Наплавка кулачков вала выполняется на практике различными способами, наилучшими из которых являются те, которые не вызывают сильного разогрева вала. Среди этих способов следует отметить такие, где вал частично погружен в охлаждающую жидкость (обычно это вода). При этом изношенная вершина кулачка может быть наплавлена стеллитовой или высокоуглеродистой стальной проволокой с помощью аргонно-дуговой сварки. Находят также применение специальные легированные стали (например, 30Х5В2Г2СМ). Быстрое охлаждение вала после сварки вызывает закалку наплавленного стального слоя до твердости HRC3 > 55.
Однако такое охлаждение может стать причиной образования поверхностных трещин, что является недостатком указанного способа. В то же время после наплавки в воде деформация вала (биение) редко превышает 0,10 мм, в то время как другие способы наплавки без одновременного интенсивного охлаждения дают биения обычно 0,3+0,5 мм и иногда даже до 1,0 мм. При таких биениях дальнейший ремонт вала становится проблематичным, даже если применяется правка. На некоторых предприятиях для восстановления кулачков применяют плазменное напыление, аналогично тому, как это делается для восстановления шеек коленчатых валов. Если для дуговой наплавки целесообразно восстанавливать только изношенную вершину кулачка, то для плазменного напыления иногда лучше давать слой покрытия равномерно по всей окружности кулачка. Это позволяет несколько уменьшить деформацию вала, однако требует предварительного "занижения" всей поверхности кулачка, что увеличивает трудоемкость ремонта. Необходимо отметить, что распределительные валы многих двигателей изготавливаются из отбеленного чугуна, обладающего высокой твердостью и одновременно хрупкостью. Поэтому при правке валов следует соблюдать особую осторожность. При наличии большого числа изношенных кулачков и деформации (биения) вала не более 0,20+0,25 мм лучше полностью обработать все необходимые поверхности, чем получить две половины вала после не вполне квалифицированной правки. После наплавки кулачков и правки навариваются опорные шейки вала, затем следует термообработка - старение для снятия внутренних напряжений. Обработка кулачков наиболее точно выполняется на копировально-шлифовальных станках. Некоторые специализированные модели таких станков могут работать по одному из неизношенных кулачков, как эталону, копируя его профиль на обрабатываемом кулачке, для которого задается угол его поворота относительно эталонного кулачка. Другие, более универсальные, станки работают по так называемому мастер-кулачку, являющемуся увеличенной в некотором масштабе копией кулачка необходимого профиля. Это значительно менее удобно, т.к. требует большого объема измерений, а также достаточно большого времени на изготовление мастер-кулачка. Существенным преимуществом обработки кулачков на шлифовально-копировальных станках является высокая точность выполнения профиля и отсутствие биений тыльной стороны кулачка, что, как уже отмечено выше, имеет решающее значение для валов, работающих с гидротолкатепями.
Однако эти станки достаточно дороги и пока далеко не везде и не всегда доступны. При отсутствии специализированных станков кулачки могут быть обработаны на универсальном шлифовальном оборудовании, но при этом профиль кулачка уже не будет точно соответствовать исходному. Неточности обработки кулачков приводят, с одной стороны, к ухудшению характеристик двигателя из-за изменения фаз газораспределения, а с другой – к появлению нерасчетных ускорений и действующих сил в деталях распределительного механизма, что может вызвать их повышенный износ. Однако нередко на практике не удается найти ни нового распределительного вала, ни специализированного оборудования для ремонта старого. В таких случаях использование универсального оборудования является единственно возможным выходом из положения. Прежде чем приступить к обработке, необходимо произвести обмеры одного из неизношенных кулачков. Практика показывает, что подавляющее большинство распределительных валов имеют симметричные кулачки, профиль которых приближенно может быть описан подъемом h и тремя радиусами  - радиусом тыльной стороны R0, радиусом вершины г0 и радиусом сопряжения R. В некоторых двигателях (ALFA ROMEO, FIAT) радиус сопряжения кулачка настолько велик, что может быть заменен прямой линией (плоской поверхностью). Это существенно упрощает обработку кулачков. Рассмотрим порядок операций по обработке кулачка с наплавленной вершиной. Вначале необходимо на круглошлифовальном станке обработать вершину так, чтобы радиус, который она описывала бы при вращении вала, был равен R0 + h + Д, где Д = 0,1+0,2 мм - припуск на окончательную обработку. Затем на плоскошлифовальном станке специально заправленными кругами шлифуются боковые поверхности и вершина.
При шлифовании боковых поверхностей следует соблюдать большую осторожность, чтобы не повредить радиус основания R0, иначе его придется сильно уменьшать в дальнейшем либо повторно наплавлять весь кулачок. Затем на круглошлифовальном станке, обеспечивая поворот вала вручную, обрабатывается тыльная сторона кулачка "как чисто". Здесь также не следует торопиться - нельзя подрезать кругом в крайних положениях боковые поверхности кулачка, иначе на них появится неисправимый "провал". Если все сделано аккуратно, в окончательном виде надо вручную плоским абразивным бруском закруглить ступеньки, образовавшиеся в местах сопряжения радиусов. Особая осторожность нужна при закруглении перехода от тыльной поверхности к боковой - нельзя обрабатывать тыльную поверхность, имеющую радиус R0, особенно у валов, работающих с гидротолкателями, т.к. на ней появится местный "провал". Если это все же произошло, необходимо повторить шлифование тыльной стороны кулачка. Качество выполненной работы проверяется индикатором часового типа. При обработке кулачков описанным способом определенные трудности вызывает задание углового положения вершины кулачка относительно других кулачков. Допущенная при этом ошибка влечет за собой непосредственно изменение фазы газораспределения, задаваемой данным кулачком, что крайне отрицательно может отразиться на эксплуатационных характеристиках двигателя. Возможны два способа координации углового положения. Первый способ заключается в установке на вал (на посадочное место звездочки или шкива) диска.
В плоскости установки шпонки на диск наносится риска - нулевая отметка, дающая начало отсчета углов. Затем вал устанавливается в центрах (например, токарного станка), и с помощью индикатора на диск наносятся риски, соответствующие осям всех обрабатываемых кулачков. Наиболее удобно определять угловое положение кулачка по его вершине, однако если она сильно изношена или уже наплавлена, это можно сделать по тыльной стороне кулачка, хотя и с меньшей точностью - ось кулачка будет расположена посередине между точками одинакового подъема боковых поверхностей.
Распределительные валы рядных двигателей имеют пары противолежащих кулачков, а это значительно облегчает задачу, если требуется восстановить только один кулачок из пары. Так или иначе, прежде чем восстанавливать распределительный вал с большим количеством изношенных кулачков, необходимо выполнить соответствующие измерения, в противном случае после наплавки обработка кулачков может вызвать серьезные затруднения. Другой способ координации угловою положения кулачков может быть применен для валов с плоскими (или почти плоскими) боковыми поверхностями кулачков. Если требуется обработка только одного кулачка из пары противолежащих, то его угловое положение получается автоматически  при шлифовании его боковых поверхностей, которые строго параллельны соответствующим боковым поверхностям парного кулачка. Такие кулачки обрабатывать проще, т.к. их боковые поверхности не требуют профилирования круга, а при шлифовании круг может подаваться в направлении не только вдоль оси вала, но и поперек. После того, как все восстановленные кулачки прошлифованы, необходимо проверить и прошлифовать в центрах тыльные поверхности других кулачков, если на них есть биение, после чего прошлифовать опорные шейки в заданный размер. Ресурс и надежность работы восстановленного таким способом распределительного вала определяется, в основном, материалом и способом наплавки кулачков. Независимо от используемого оборудования ремонт распределительного вала оказывается значительно сложнее, чем коленчатого, и требует весьма высокой квалификации специалистов-ремонтников. Такой ремонт может выполняться только в крайнем случае, когда нет возможности заменить распределительный вал. Эта концепция подтверждается также мировой практикой - на иностранных ремонтных предприятиях изношенные распределительные валы двигателей легковых автомобилей в большинстве случаев не восстанавливают, а заменяют на новые.
 
9.6.3. Ремонт рычагов и толкателей
 
Рабочие поверхности рычагов, толкателей или коромысел, контактирующие с кулачками распределительного вала, изнашиваются обычно при нарушении рабочего зазора или при работе двигателя на некачественном масле, причем эти износы не обязательно сопровождаются износом кулачков вала. Рычаги и толкатели большинства двигателей являются весьма недорогими деталями, поэтому их замена часто оказывается экономически выгоднее, чем ремонт, тем более, что надежность работы новых деталей обычно выше, чем восстановленных. Однако поскольку для многих двигателей прошлых лет выпуска приобретение новых запасных частей сопряжено с серьезными трудностями, на практике часто приходится делать выбор в пользу ремонта, а не замены изношенных деталей. Рассмотрим способы ремонта рычагов, коромысел и толкателей в зависимости от их конструкции для наиболее распространенных схем газораспределительных механизмов. Рычаги больше всего изнашиваются по площадке контакта с кулачком, где возникают большие удельные давления при набегании кулачка на рычаг. При этом на опорной поверхности возникает постепенно расширяющийся характерный провал. Даже если кулачок не имеет износа, при работе в паре с изношенным рычагом возникают ударные нагрузки и стук, вследствие чего износ быстро прогрессирует. У большинства двигателей рычаг имеет монолитную конструкцию - обычно он делается целиком из стали и закаливается до поверхностной твердости HRC3 > 55 также целиком или только местно. Иногда на рабочую поверхность наносят тонкий (0,4+0.8 мм) слой износостойкого материала. Для целиком закаленного рычага при не слишком больших износах можно обработать рабочую поверхность на шлифовальном станке, но для рычагов с поверхностным упрочнением изношенная поверхность должна восстанавливаться наплавкой. Определить тип поверхности в каждом конкретном случае можно, если измерить твердость на изношенной и неизношенной ее частях, а также визуально по их различию в цвете.
Наплавка рабочей поверхности рычагов выполняется теми же материалами и на том же оборудовании, что и восстановление распределительных валов. Однако в отличие от распределительных валов локальный перегрев рычага не представляет опасности. Не стоит только сильно нагревать весь рычаг, это может привести к снижению твердости и износостойкости материала в местах его контакта с клапаном и опорой. Кстати, даже у сильно изношенных рычагов (имеется в виду поверхность контакта с кулачком), как правило, не наблюдается сколько-нибудь заметных износов на других рабочих поверхностях. Восстановление рабочих поверхностей коромысел, контактирующих с кулачком, не отличается от того же процесса для рычагов. На многих двигателях коромысла имеют составную конструкцию - рабочая поверхность образована пластиной из твердого износостойкого материала, припаянной или приклеенной к коромыслу. Для таких коромысел достаточно прошлифовать изношенную поверхность. Более того, нередко коромысла изготавливаются из алюминиевого сплава - тогда наплавка рабочей поверхности пластины не допускается, иначе она может оторваться от коромысла. Для шлифования рабочих поверхностей рычагов и коромысел существуют различные специализированные станки и приспособления к универсальным шлифовальным станкам. Суть таких станков или приспособлений сводится к следующему: рычаг (коромысло) закрепляется на поворотном столе, обеспечивающем вращение вокруг точки с заданным радиусом закругления рабочей поверхности рычага (коромысла), после чего подводится шлифовальный круг до касания, и с поворотом стола выполняется шлифование. При отсутствии каких-либо приспособлений обработка рабочих поверхностей может быть без труда выполнена на универсальных шлифовальных станках специально спрофилированным кругом. Для конструкций с коромыслами достаточно характерен износ отверстия и оси в направлении действия нагрузки от кулачка и клапана. Если в отверстии коромысла установлена бронзовая втулка, то ее несложно заменить на новую.
Такая втулка при необходимости вытачивается из оловянистой фосфористой или свинцовистой бронзы и должна иметь натяг в отверстии коромысла порядка 0,06+0,08 мм. Внутреннее отверстие втулки может быть выполнено в двух вариантах - окончательно с зазором 0,05+0,06 мм по оси коромысел, либо с тем же припуском на окончательную обработку. В первом варианте после запрессовки втулки она несколько сжимается, и зазор уменьшится до рабочего (0,015+0,025 мм). Во втором варианте отверстие после запрессовки хонингуется, разворачивается или растачивается аналогично втулке верхней головки шатуна. Однако следует помнить, что у некоторых коромысел боковая поверхность не является базовой, а это может затруднить выверку положения коромысла на станке. Данный вопрос имеет важное значение, т.к. перекос оси отверстия по отношению к рабочей поверхности, контактирующей с кулачком, приведет к появлению дополнительных сил, разворачивающих коромысло, и ускоренному износу втулки и оси. Тем не менее, на практике иногда приходится если не увеличивать, то хотя бы восстанавливать изношенные оси коромысел в прежний размер. Наиболее простой способ ремонта осей коромысел - их взаимная перестановка. Обычно в головке блока клапаны и коромысла располагаются в шахматном порядке, поэтому при перестановке осей коромысла оказываются на неизношенных поверхностях. Основная сложность здесь - разобраться со смазочными отверстиями, чтобы не нарушить подачу масла к коромыслам и опорам распределительного вала.
Для этого ненужные отверстия завариваются аргонно-дуговой сваркой и обрабатываются напильником заподлицо с наружной поверхностью оси. Перед заваркой следует разметить новые отверстия, которые затем просверлить и снять на них заусенцы зенкером или сверлом большего диаметра и мелкой шкуркой. Такая схема ремонта не всегда удобна. На некоторых двигателях она требует большого объема сварочных и сверлильных работ. Кроме того, иногда изношенная часть оси попадает на опору. Тогда в отверстии опоры получается большой зазор, что может привести к большим утечкам и нарушениям в работе системы смазки распределительного механизма. Поэтому нередко приходится восстанавливать изношенные оси коромысел нанесением на них различных металлов. Перед восстановлением осей необходимо убедиться, что оси можно будет установить в головку, т.е. проанализировать крепление осей на головке. Восстановление осей не по всей длине, а только у изношенных поверхностей, и, тем более, увеличение их диаметра недопустимо для таких конструкций (BMW), где оси устанавливаются в неразъемные соосные отверстия опор, выполненные в головке. Даже если изношенные поверхности будут восстановлены в тот же размер, небольшая несоосность восстановленной поверхности относительно неизношенной поверхности оси приведет к тому, что ось не войдет в опору. Для тех конструкций, где крепление осей допускает увеличение их диаметра или, по крайней мере, восстановление отдельных участков с небольшой несоосностью, изношенные поверхности навариваются или наплавляются аналогично другим валам.
После сверления отверстий оси шлифуются. Шлифование осей, в отличие от валов, производится не в центрах, а в патронах, т.к. обычно оси не имеют центровых фасок и могут иметь некоторую деформацию, не оказывающую никакого влияния на работу распределительного механизма. Поэтому при шлифовании каждого наваренного участка ось выставляется по минимальному биению (0,02 мм) соседних невосстановленных поверхностей. Следует отметить, что несмотря на определенную сложность ремонта, восстановленные наваркой оси коромысел, как правило, превосходят по износостойкости новые. При отсутствии оборудования оси можно изготовить заново из стали, обеспечивающей после термообработки твердость не ниже HRC3 50. У цилиндрических толкателей основным дефектом является износ контактирующей с распределительным валом торцевой поверхности. При этом торец толкателя становится вогнутым, поверхность здесь близка к сферической. Интересно, что кулачки распределительного вала, длительно работавшие с такими толкателями, часто не имеют сколько-нибудь заметного износа. Ремонт цилиндрических толкателей наиболее прост и заключается в шлифовании изношенной поверхности на плоско-шлифовальном станке. При шлифовании необходимо обеспечить неперпендикулярность обрабатываемой и боковой поверхности не более 0,03 мм. Это не вызывает обычно больших затруднений, если использовать специальные лекальные призмы, закрепляемые на стопе станка. Износ рабочей поверхности плунжера гидротолкателя обычно связан с некачественной фильтрацией масла и с попаданием в него продуктов износа других деталей двигателя. При этом плунжер теряет подвижность и не выбирает зазор в механизме при контакте толкателя с тыльной стороной кулачка.
Частицы грязи, попадая под плунжер из системы смазки, приводят также к негерметичности обратного клапана гидротолкателя, что вызывает неконтролируемую периодическую или постоянную просадку плунжера и стук. Возможности ремонта этих деталей весьма ограничены, однако в большинстве случаев разборка, тщательная очистка и промывка всех деталей гидротолкателя восстанавливают его работоспособность. Разборка цилиндрических гидротолкателей двигателей с нижним расположением распределительного вала (GM, CHRYSLER, FORD) не составляет труда - достаточно вынуть стопорное кольцо плунжера и легкими ударами о мягкий предмет "вытрясти" плунжер. В то же время разборка цилиндрического гидротолкателя фирмы INA европейских двигателей с верхним расположением распределительного вала (VOLKSWAGEN, MERCEDES-BENZ и др.) нередко достаточно проблематична. Гидротолкатели коромысел, а также гидрокомпенсаторы - опоры рычагов, обычно разбираются без каких-либо трудностей. Если неисправный гидротолкатель не разбирается, его следует заменить - промыть без разборки внутренние полости любого гидротолкателя невозможно. В этой связи следует напомнить, что стуки гидротолкателей далеко не всегда связаны с их неисправностью. Часто такой эффект дают неисправности маслонасоса, редукционного клапана, противодренажного клапана масляного фильтра, вызывающие недостаточную подачу масла на некоторых режимах. Иногда бывает достаточно несколько раз с интервалом 1000+2000 км заменить масло и фильтр, чтобы "отремонтировать" гидротолкатели. У двигателей с газораспределением OHV при некоторых неисправностях механизма привода клапанов, а также при превышении допустимой частоты вращения деформируются штанги привода клапанов. Такие штанги подлежат замене, но при невозможности найти новые их можно поправить. После правки прямолинейность штанги легко проверяется на призмах поверочной плиты индикатором  - нежелательно, чтобы биение в середине штанги при опоре на краях было бы больше 0,10 мм.
 
9.6.4. Ремонт, подбор и изготовление клапанов
 
В эксплуатации возникает целый ряд неисправностей, связанных с дефектами клапанов. Наиболее часто встречаются износы фаски, стержня и торца клапана, нередки также случаи деформации стержня вследствие удара поршня по не- закрывающемуся клапану (например, при обрыве ремня газораспределения, превышении максимальной частоты вращения и др.). Обработка изношенного торца клапана может быть выполнена несколькими способами. При этом должна быть обеспечена перпендикулярность торца и стержня клапана. Наиболее высокое качество обработанной поверхности торца дают плоскошлифовальные станки. Клапан устанавливается на специальную лекальную призму и зажимается на ней аналогично толкателям при обработке их торцов. В данном случае шлифовальный круг контактирует с торцом клапана цилиндрической поверхностью. Другие способы предполагают контакт обрабатываемой поверхности с торцом шлифовального круга. Это может быть сделано как на круглошлифовальном, так и на заточном станке. При этом клапан должен быть установлен на призме, закрепленной в станке так, чтобы была обеспечена перпендикулярность стержня к торцу круга. Чтобы свести к минимуму возможный перекос торца и стержня, следует при шлифовании медленно поворачивать клапан. Недостатком этого способа ремонта является необходимость часто править торец шлифовального круга, а также ухудшение качества поверхности торца и даже ее выпуклость. В дальнейшем это может привести к дополнительным регулировкам зазоров в механизме привода, а также к повышенному шуму. Обработка изношенной фаски клапана может быть выполнена на круглошлифовальном станке. Для этого необходимо использовать цанговый зажим для крепления и привода (вращения) клапана.
Цанга имеет посадочный конус для соединения со шпинделем станка и обеспечивает довольно низкое биение клапана относительно оси вращения - порядка 0,02-fO,03 мм, что является допустимым, составляя половину рабочего зазора клапана в направляющей втулке. Передняя бабка станка разворачивается на угол фаски клапана, после чего производится шлифование. Приспособление имеет резцовую головку и направляющие для центрирования клапана по стержню. Качество ремонта фаски резцами уступает другим способам, но цена приспособления на порядок меньше самого дешёвого шлифовального оборудования. Недостатком приспособления с резцовой головкой является невозможность ремонта фаски при её биении относительно стержня, поэтому перед обработкой желательно проверить биение тарелки. При большом износе фаски иногда приходится снимать достаточно большой припуск, в результате чего клапан дополнительно "проваливается" в седле, а его стержень как бы удлиняется. Это может быть недопустимо для двигателей с гидротолкателями, особенно, если они цилиндрические, а распределительный вал имеет верхнее расположение. Такие конструкции обычно имеют небольшой ход плунжера гидротолкателя, поэтому здесь необходимо компенсировать "проваливание" клапана укорочением стержня, обрабатывая его торец.
Допустимым износом стержня следует считать величину 0,03 мм, причем клапан с таким износом может нормально работать еще достаточно длительное время только с новой направляющей втулкой. Существует несколько способов восстановления стержней клапанов. Из них следует отметить хромирование, которое по сравнению с другими способами (например, напылением) обладает рядом преимуществ, среди которых высокая твердость, плотность, износостойкость и адгезия покрытия. Именно эти свойства хрома определяют достаточно широкое распространение хромовых покрытий клапанов на многих двигателях, однако ремонт клапанов таким способом достаточно сложен. Технологическая цепочка ремонта включает в себя следующие операции: 1) очистка клапана; 2) обработка наружного диаметра тарелки "как чисто" с минимальным биением (0,02+0,03 мм) относительно стержня; 3) изготовление оправок и шлифование клапана в центрах кругпошлифовального станка. При этом необходимо обработать стержень клапана "как чисто" или снять старое покрытие так. чтобы слой хрома в окончательном виде составил порядка 0,04+0,07 мм; 4) хромирование клапана с защитой от покрытия тарелки и конца стержня (где расположены канавки для фиксации клапана сухарями); 5) установка на клапан оправок и шлифование стержня. Описанная технология позволяет ремонтировать изношенные стержни клапанов, однако требует хорошего оснащения и довольно высокой культуры производства. При отсутствии таковых на возможность ремонта изношенных клапанов рассчитывать не следует.
Достаточно часто в эксплуатации встречается деформация стержня клапана, возникающая при ударе поршня по тарелке. Деформированные клапаны подлежат замене, однако в некоторых случаях, если придерживаться определенных правил, их удается восстановить. Разумеется, восстановление деформированных клапанов является крайней мерой (своего рода "запрещённым приёмом") и может использоваться только в исключительных случаях, когда не удается найти новые клапаны. Для этого необходимо: 1) править только впускные клапаны. Выпускные клапаны при работе двигателя испытывают значительно более высокие нагрузки, а их материал часто менее пластичен. Поэтому при деформации и/или при восстановлении может возникнуть трещина, которая под действием высоких нагрузок (и температур) быстро приведет к поломке клапана со всеми вытекающими последствиями; 2) править следует только клапаны, деформированные у тарелки и имеющие биение тарелки не более 0,3+0,4 мм. При большем биении возрастает опасность последующего разрушения клапана. Принципиально существует два различных способа восстановления подобных клапанов. Первый способ - шлифование фаски "как чисто". При этом тарелка остается деформированной, однако фаска делается концентричной стержню. Однако при относительно большой деформации стержня на одном из краев тарелки получается "острый" угол (край) между тарелкой и фаской, что грозит перегревом и прогаром тарелки в этом месте. Другим способом ремонта является правка тарелки. Правка достаточно легко делается в патроне токарного станка. Чтобы не повредить стержень, необходимо зажимать его кулачками патрона через картон или плотную бумагу. Далее легким ударом медным молотком по соответствующему краю тарелки в направлении вдоль оси стержня производится правка. Практика показывает, что при деформации (торцевом биении) тарелки менее 0,3+0,4 мм правка без больших затрат времени позволяет добиться биения и тарелки и фаски менее 0,03 мм. Этого достаточно, чтобы далее просто притереть клапан к седлу с помощью абразивной пасты. При начальном биении тарелки более 0,4 мм исправить деформацию тарелки относительно стержня обычно не удается - при отсутствии биения торца тарелки фаска может бить на 0,1 мм и более.
В подобных случаях следует после правки обрабатывать фаску тарелки "как чисто". Несмотря на то, что описанные способы ремонта клапанов могут быть реализованы на практике, многие из них сложны, трудоемки и не обеспечивают высокую надежность двигателя. Поэтому однозначно лучше отказаться от ремонта в пользу замены клапанов. Идеальный случай, когда можно купить клапаны к конкретному двигателю, следует отнести только к распространенным маркам и моделям (BMW, MERCEDES-BENZ, AUDI, VOLKSWAGEN, OPEL). Для других с приобретением могут возникнуть сложности. Поэтому нередко выходом из положения будет доработка близких по размерам клапанов от других двигателей. Этот способ является достаточно надежным решением проблемы при отсутствии штатных клапанов, хотя и требует дополнительных затрат. Для доработки необходимо найти клапаны, имеющие длину и диаметр тарелки не меньше, чем у штатных клапанов. Помимо этого, следует руководствоваться следующими правилами: диаметры стержня заготовки и клапана должны быть одинаковы, поскольку обработка стержня технологически достаточно сложна и может снизить надежность клапанов; назначение заготовки должно соответствовать готовому клапану, в крайнем случае в качестве заготовки впускного клапана можно использовать подходящий по размерам выпускной. Обратная замена приведет к прогару и поломке; заготовку следует подбирать, ориентируясь на соответствие удельной (литровой) мощности и частоты вращения двигателей. Особую осторожность следует соблюдать при подборе заготовок выпускных клапанов двигателей с турбонаддувом и дизелей; канавки на стержне заготовки не должны препятствовать протачиванию новых канавок для установки сухаря в том же сечении стержня, как и у штатного клапана; при подборе заготовок следует обращать внимание на износостойкие покрытия стержня и фаски - если у штатного клапана они есть, а в заготовке - нет, то не исключен повышенный износ как самого клапана, так и ответных деталей.
То же самое относится к уплотнительной фаске выпускных клапанов некоторых двигателей, на которую может быть нанесено износостойкое покрытие. Если заготовка выбрана, необходимо обработать на токарном станке тарелку и канавки, используя цанговый зажим. Окончательная обработка фаски и торца клапана выполняется так, как это описано выше. При этом необходимо обеспечить требуемую длину клапана. Для двигателей с гидротолкателями или с цилиндрическими толкателями и регулировочными шайбами следует точно выдержать расстояние между фаской и торцом клапана, поскольку именно эта величина, а не общий габаритный размер, определяет сопряжение клапана и толкателя. В некоторых случаях не удается подобрать заготовку клапана для доработки, соответствующую указанным требованиям. Обычно это случается, если клапан имеет тарелку большого диаметра или его длина слишком велика. Тогда остается изготовить новый клапан целиком из подходящей для этого заготовки. В качестве заготовки может быть выбран клапан с большими габаритными размерами.
При этом в качестве заготовки не следует выбирать клапаны со сварным соединением тарелки и стержня. Разнородные материалы здесь легко проверяются с помощью магнита - к тарелке из жаропрочного сплава, в отличие от стержня из легированной стали, магнит не притягивается. Не следует использовать в качестве заготовок клапаны с натрием, т.к. уменьшение диаметра и длины стержня а также диаметра тарелки у них недопустимо. При отсутствии подходящих клапанов для заготовок новый клапан может быть изготовлен из прутка. Материалы для клапанов следует выбирать заведомо наиболее прочные. Подходят жаропрочные стали и сплавы на никелевой основе, однако эти материалы трудно найти и обработать. При выборе материала следует ориентироваться в том числе и на его пластичность. Это особенно важно для тех двигателей, где возможен контакт клапанов с поршнями. Хрупкий клапан может сломаться, что приведет к выходу двигателя из строя. Для некоторых материалов большую сложность представляет термообработка, требующая специального оборудования. Все это в значительной степени ограничивает возможность изготовления клапанов. При изготовлении клапана на заготовке необходимо сделать небольшие технологические центровые отверстия для того, чтобы вести обработку на универсальных станках. После точения с припуском на окончательное шлифование клапан термообрабатывается (если в качестве заготовки взят готовый клапан, термообработка не требуется). Затем выполняется шлифование стержня и уплотнительной фаски в центрах, после чего край стержня с технологическим центровым отверстием отрезается, а торец шлифуется. Центровое отверстие на тарелке может быть оставлено, т.к. оно никак не влияет на работоспособность клапана.
 
9.6.5. Ремонт элементов привода механизма газораспределения
 
К деталям и агрегатам привода в зависимости от его схемы относятся цепь (ремень) ГРМ, звездочки (шкивы, шестерни), успокоитель, натяжитель, натяжной и паразитный ролики. В эксплуатации неисправности привода встречаются довольно часто и являются достаточно опасными, особенно для тех двигателей, у которых возможен контакт открытых клапанов с поршнями в ВМТ. Большинство элементов привода газораспределительного механизма практически не подлежит ремонту и при неисправностях требуется их замена. В первую очередь это относится к цепям и зубчатым ремням. В процессе эксплуатации происходит износ и вытягивание цепей и ремней. На большинстве двигателей цепь рассчитана на весь срок службы двигателя (200+250 тыс. км), в то время как зубчатый ремень - не более, чем на 60+100 тыс. км. При сложном ремонте двигателя, имеющего большой пробег, замена цепи (ремня) обязательна. Различные фирмы, производящие или торгующие запасными частями, имеют в своих каталогах огромную номенклатуру газораспределительных ремней, поэтому приобретение ремня для подавляющего большинства известных автомобилей не составляет большой проблемы. Аналогично обстоит депо и с цепями, причем здесь есть больше возможностей для выбора. Например, многие европейские автомобили имеют однорядные или двухрядные цепи с шагом звеньев 3/8" (9,525 мм) и диаметром роликов 1/4" (6,35 мм). В запасные части цепи нередко поставляются с замками, позволяющими разъединить цепь для ее установки. Наличие замка облегчает, например, укорочение цепи.
Необходимость в этом может возникнуть, когда под руками имеется более длинная цепь с другого двигателя, у которой звенья имеют те же размеры. Разъединить цепь можно, если выпрессовать ось одного из звеньев. Для этого удобно использовать специальные приспособления. При их отсутствии можно надфилем слегка припилить развальцованный край оси, после чего ударами технологического штифта выбить ось. При последующем соединении цепи необходимо развальцевать ось керном или ударами легкого молотка по ее краю. Как правило, вместе с цепью (ремнем) оказываются в той или иной степени изношены звездочки (шкивы). Характер износа звёздочек  обычно способствует ускоренному износу и вытяжению новой цепи. Однако практически даже после больших пробегов звездочки часто не имеют сильного износа. Учитывая, что на большинстве двигателей есть гидронатяжители, обеспечивающие плавность работы цепи и отсутствие ударных нагрузок, нередко удается повторно использовать старые звездочки. Правда, ресурс новой цепи при этом будет уменьшен. Износ шкивов зубчатого ремня может быть достаточно большим, если кожух ремня не обеспечивал надежного уплотнения от пыли и грязи. При этом часто изнашивается наружная поверхность шкивов, из-за чего ремень (особенно, новый с неизношенными зубьями) прилегает к шкивутолько на небольших участках у захода на шкив и схода с него. Остальная часть ремня между этими участками может не прилегать к шкиву - она как бы "висит в воздухе". Вследствие этого значительно возрастает нагрузка на зубья, и новый ремень может проработать всего несколько тысяч километров. Менять следует в первую очередь звездочки (шкивы) коленчатого и распределительного валов. Остальные звездочки (шкивы) на большинстве двигателей не оказывают существенного влияния на ресурс элементов привода.
Следует отметить, что надежность работы двигателя в большой степени зависит от состояния других деталей привода распределительного вала. Так, неисправности натяжителя и успокоителей цепи вызывают ударные нагрузки на детали, ускоренный износ и в конце концов ведут к обрыву цепи. То же самое следует сказать о неисправных подшипниках роликов ремня. Поскольку в двигателях с цепным приводом (и на многих двигателях с зубчатым ремнем) возможен контакт поршней с клапанами, неисправности привода распределительного вала могут привести к поломкам клапанов, поршней, шатунов, а также повреждениям блока и головки цилиндров. Вследствие этого при ремонте двигателя все неисправные элементы привода должны быть проверены и заменены или отремонтированы. При длительной работе на изношенной цепи плунжер и корпус гидронатяжителя также изнашиваются. Увеличение рабочего зазора плунжера вызывает повышенный расход масла, ослабление натяжения цепи и ее шум на низких частотах вращения. Установка новой цепи обычно нормализует работу натяжителя, однако с течением времени неисправность проявляется снова. Вследствие этого при ремонте двигателя состояние гидронатяжителя следует обязательно контролировать. Изношенный натяжитель необходимо заменить, однако его можно найти не для всех двигателей.
Изношенный натяжитель может быть отремонтирован обработкой отверстия в корпусе (например, хонингованием) и заменой плунжера на больший диаметр. Такой плунжер может быть изготовлен из легированной стали, зазор в соединении следует обеспечить в пределах 0,03+0,04 мм. Особую внимательность следует проявлять при ремонте цепного привода у двигателей с балансирными валами. Так, у четырехцилиндровых двигателей балансирные валы иногда приводятся дополнительной цепью и вращаются с удвоенной частотой. При этом практически любые, даже самые незначительные неисправности быстро приводят к разрушению цепи, звездочек, успокоителей и натяжителей, а также к поломкам самих валов и корпусных деталей. Для таких двигателей при ремонте нередко требуется полный комплект деталей привода балансирных валов. Следует отметить, что ременный привод балансирных валов значительно более надежен - даже обрыв ремня обычно не вызывает неисправностей и поломок других элементов привода. Поломки деталей привода распределительного вала нередко сопровождаются или напрямую связаны с обрывом цепи. На двигателях с алюминиевым блоком цилиндров это может привести к серьезным повреждениям резьбовых отверстий в блоке, с помощью которых крепятся детали привода. Ремонт отверстий возможен несколькими способами, из которых следует отметить углубление резьбы, переход на больший диаметр, установка специальных шпилек, а также комбинированные способы.
 
9.6.6. Ремонт балансирных валов
 
Как уже указывалось, балансирные валы являются высоконагруженными деталями двигателя, а их подшипники требуют хорошей смазки. При нарушении подачи масла, а также при низком его качестве и плохой фильтрации на высоких частотах вращения балансирных валов (до 12+13 тыс. мин-1) происходит ускоренный износ и разрушение подшипников, сопровождающиеся большим износом опорных шеек и, нередко, постелей в блоке цилиндров. В практике некоторых ремонтных мастерских получил распространение способ "ремонта", при котором балансирные валы демонтируются, а в каналы подвода масла к их подшипникам устанавливаются заглушки. Такой "ремонт" в эксплуатации оказывается неэффективным по нескольким причинам. Так, двигатель с балансирными валами обычно имеет весьма небольшие противовесы на коленчатом валу. Отсутствие балансирных валов приводит к повышенной вибрации двигателя и кузова автомобиля. При этом создаются некомфортные условия в салоне, а также резко возрастают нагрузки на опоры двигателя, ресурс которых в данных условиях может снизиться до нескольких тысяч и даже сотен километров пробега. Помимо этого, на некоторых двигателях один из балансирных валов является частью конструкции масляного насоса - на нём устанавливается ведомая шестерня насоса.
Тогда демонтировать вал удается, только если обрезать его и оставить ту часть, где находится шестерня. В результате этого возрастает нагрузка на подшипник вала и износ деталей масляного насоса. Таким образом, данный способ "ремонта" еще раз подтверждает сформулированное выше правило, что изменение конструкции двигателя при ремонте приведет к снижению его эксплуатационных характеристик и, в первую очередь, надежности. Поэтому неисправные балансирные валы и их подшипники должны быть в обязательном порядке и очень тщательно отремонтированы. Поскольку в подавляющем большинстве случаев повреждения балансирных валов связаны с износом их подшипников, начинать ремонт следует с замены втулок, установленных в блоке цилиндров. В запасные части втулки балансирных валов поставляются только одного - стандартного размера. Поэтому изношенные опорные шейки вала требуют либо восстановления в прежний размер, либо замены вала на новый. Если втулка осталась в блоке, то постель скорее всего не повреждена Тогда старую втулку следует выпрессовать, используя оправку. Запрессовка новой втулки может быть выполнена аналогично втулкам распределительных валов. При этом важно не допустить перекоса оправки, чтобы не повредить втулку. Отсутствие перекоса обеспечивает специальная резьбовая оправка, постеленно "втягивающая" втулку в постель. Можно также запрессовать втулку оправкой с длинным стержнем лёгкими ударами молотка по стержню. После запрессовки втулки следует измерить нутромером внутренний диаметр подшипника.
Если стандартный диаметр D вала неизвестен, то он может быть рассчитан, если задать зазор в подшипнике. Поскольку балансирный вал вращается с высокой частотой, желательно обеспечить повышенный зазор по сравнению с другими подшипниками - порядка 0,06+0,08 мм В эксплуатации нередки случаи расплавления втулки, при которых постель (расточка) в блоке сильно повреждается. Тогда установить втулку в блок можно только через дополнительную втулку. Чтобы это сделать, необходимо расточить отверстие постели на расточном станке. При растачивании блок должен быть выставлен на станке по базовым поверхностям (верхняя, нижняя или передняя плоскости блока). Особенно важно обеспечить совпадение старой и новой оси отверстия с точностью до 0,02 мм, иначе вал встанет с перекосом, что впоследствии приведет к поломке вала и разрушению подшипников. Это можно сделать по технологическим отверстиям на переднем торце блока. После растачивания отверстия изготавливается стальная втулка и запрессовывается в отверстие с натягом 0,04+0,06 мм. Возможно, что во втулке придется сделать смазочное отверстие и совместить его с отверстием в блоке при запрессовке. Затем внутреннее отверстие дополнительной втулки следует расточить под необходимый диаметр. Толщина стенки втулки должна быть не менее 1,5 мм. Если все работы выполнять точно и аккуратно, то можно сразу изготовить дополнительную втулку без последующей расточки. При этом следует учесть, что при толщине стенки 1,5+2,0 мм натяг по наружному диаметру 0,04+0,06 мм даст уменьшение внутреннего диаметра втулки после запрессовки примерно на 0,02+0,03 мм. Внутренний диаметр дополнительной втулки должен обеспечивать запрессовку втулки подшипника вала с тем же натягом - 0,04+0,06 мм. Нежелательно, чтобы втулка подшипника балансирного вала изготавливалась - она должна быть стандартной, в крайнем случае её можно подобрать от вспомогательного или распределительного валов других двигателей. Однако не всегда и не для всех двигателей втулки удается приобрести.
Если использовать стандартные втулки не удается, можно попробовать их изготовить. При этом следует иметь в виду, что тогда добиться высокой надежности работы балансирных валов удастся только в случае использования специальных материалов и технологий. Перед началом работы по изготовлению втулок необходимо учесть, что бронза для подшипников балансирных валов непригодна. Практика показала, что даже при зазоре порядка 0,08+0,10 мм бронзовая втулка может перегреться, заклинить на валу, деформироваться и начать вращаться в корпусе независимо от величины монтажного натяга Поэтому для изготовления втулок должны быть использованы материалы и технологии, для втулок распределительных и вспомогательных валов. Для втулок балансирных валов требуются материалы, выдерживающие высокие нагрузки и скорости скольжения, например, сталеалюминиевая лента с содержанием олова 20%. Такая лента часто применяется для вкладышей дизельных двигателей с турбонаддувом. Поэтому основной способ изготовления втулок - из двух половин (например, из двух шатунных вкладышей) с последующей перепрессовкой в отверстие блока через оправку. Использование металлофторопласта здесь также нежелательно. Этот материал, как уже отмечалось, уступает по допустимой нагрузке, "не любит" абразивных частиц, а его преимущества при недостатке смазки не реализуются, т.к. в расположенные около масляного насоса втулки обычно подается большое количество масла. После того, как необходимый размер опорной шейки балансирного вала определен, можно приступать к его ремонту. Если произошло разрушение подшипника, то износ шейки может быть значительным, в некоторых случаях больше 1,0+1,5 мм. Изношенные поверхности шеек восстанавливаются наваркой (наплавкой) и последующей шлифовкой. Основные ремонтные операции для таких валов не отличаются от описанных, за исключением того, что балансирные валы проще других в ремонте, т.к. имеют только две опорные шейки.
 
9.7. Ремонт вспомогательных агрегатов и систем
 
В эксплуатации нередки случаи возникновения неисправностей различных агрегатов, включая насосы систем питания, смазки и охлаждения, элементов системы управления двигателем, турбокомпрессоров и др. Неисправности некоторых из них непосредственно приводят к повреждениям и поломкам различных деталей двигателя. Например, отказ маслонасоса обычно ведет к расплавлению вкладышей подшипников и задирам шеек коленчатого вала. Неисправности ряда других агрегатов влияют на двигатель не так очевидно, однако их последствия могут проявиться с течением времени. Так, переобогащение топливовоздушной смеси и связанный с ним затрудненный запуск двигателя обычно сопровождаются смыванием масла топливом со стенок цилиндров и разжижением масла в картере. Это может заметно сократить ресурс двигателя. Многие неисправности агрегатов возникают из-за длительной стоянки автомобиля как до, так и во время ремонта двигателя. Обычно длительная стоянка приводит к повреждению (негерметичности) различных уплотнений, а также к внутренней коррозии агрегатов.
Особенно от коррозии страдают насосы систем охлаждения и подачи топлива. Даже после выполненного самым тщательным образом ремонта КШМ или ЦПГ двигатель может опять быстро выйти из строя вследствие неисправностей агрегатов, которые не были устранены при ремонте. Неисправности некоторых агрегатов системы управления иногда приводят к неустойчивой работе двигателя после ремонта, а также к повышенной токсичности отработавших газов. Таким образом, при ремонте двигателя его агрегаты и системы требуют достаточно серьезного внимания, а ремонт двигателя не может считаться выполненным, если есть признаки их неисправностей. 9.7.1. Ремонт масляных насосов Масляный насос является одним из наиболее важных агрегатов и от его состояния зависит работоспособность всего двигателя. Основные неисправности насоса обычно связаны с износом шестерен, корпуса, валика привода и редукционного клапана. В сопряжении изношенных деталей образуются увеличенные зазоры, что приводит к возрастанию утечек, снижению производительности насоса и давления масла в системе смазки. Сильноизношенные насосы нередко не обеспечивают быстрой подачи масла в систему смазки после запуска. Это отрицательно сказывается на ресурсе подшипников двигателя и даже может привести к выходу их из строя.
В зависимости от конструкции насоса износу подвержены различные поверхности его деталей. В соответствии с этим ремонт насоса, который можно выполнить, не прибегая к замене узлов и деталей насоса, также будет различен для разных конструкций. Рассмотрим более подробно способы их ремонта. У насосов с шестернями наружного зацепления изнашиваются зубья и торцы шестерен, поверхности корпуса и крышки насоса, соприкасающиеся с шестернями, а также ведущий валик и его отверстие (подшипник) в корпусе. Наиболее подвержены износу торцы шестерен и корпуса. Возникающий повышенный торцевой зазор снижает давление и подачу масла, особенно при малой частоте вращения. На торцах шестерен обычно возникают круговые борозды. Если они не слишком глубоки, торцы могут быть притерты на плите с абразивной пастой (при этом необходимо все время поворачивать шестерню, чтобы не перекосить торец). Если глубина повреждений велика (более 0,03+0,05 мм), торец можно проточить, установив шестерню на оправку или зажав в патроне токарного станка.
При этом необходимо выставить торец по индикатору с точностью 0,01 мм. Лучшее качество дает шлифование торцов шестерен. Аналогичные повреждения корпуса следует устранять в зависимости от конструкции насоса. Убрать риски с торцевой поверхности внутри корпуса, как правило, достаточно трудно, однако на крышке это сделать несложно. При этом следует помнить, что алюминиевую крышку нельзя притирать на плите, используя пасту. Абразивные частицы, внедряясь в мягкий материал, в дальнейшем могут вызвать ускоренный износ шестерен. Поэтому для таких конструкций лучше использовать фрезерование. Притирание с абразивной пастой вполне допустимо, если крышка выполнена из стали, стойкой к шаржированию (внедрению твердых частиц в поверхность). Увеличенный за счет износа торцевой зазор шестерен легко устраняется притиранием плоскости корпуса на плите. Ни в коем случае нельзя использовать для этого шкурку - плоскость будет искривлена и испорчена. При обработке плоскости следует стремиться к зазору порядка 0,05 мм (у длительно работавшего насоса торцевой зазор шестерен обычно превышает 0,1 мм). Однако не стоит подгонять детали слишком плотно. Например, алюминиевый корпус при низкой температуре уменьшится в размерах значительно сильнее, чем чугунные или стальные шестерни. Если зазор исчезнет, возможны задиры и заклинивание шестерен насоса в корпусе при запуске двигателя, грозящие еще более серьезными поломками деталей самого насоса и его привода. Если торцевой зазор в норме, следует проверить состояние зубьев шестерен, зазор в зацеплении и по наружному диаметру шестерен в корпусе. Насосы с сильно изношенными зубьями шестерен (зазор в зацеплении более 0,25+0,30 мм) и корпусом (радиальный зазор шестерен в корпусе более 0,20+0,25 мм), вообще говоря, подлежат замене. Насосы с такими дефектами обычно дают пониженное давление масла на низких частотах вращения. При очень большом износе возможна также ситуация, когда насос не засасывает масло из картера при запуске.
Как правило, данный эффект связан с большим зазором по наружному диаметру шестерен. Если возможности замены насоса нет, единственным способом ремонта является установка втулок в корпус насоса. Для этого надо расточить корпус насоса, точно (до 0,02 мм) выверив его положение по отверстиям ведущего валика и оси ведомой шестерни. Втулки следует сделать с толщиной стенки порядка 2 мм. Материал втулок - алюминиевый сплав с содержанием кремния 4-: 8% или бронза. Из втулок вырезаются участки, не прилегающие к корпусу. Далее втулки вставляются в корпус на клеевой композиции (предварительно детали обезжириваются). После полимеризации клея внутренняя поверхность втулок растачивается окончательно под зазор в шестернях порядка 0,05+0,10 мм, а плоскость корпуса притирается на плите. При износе отверстия в корпусе и/или валика эти детали также необходимо ремонтировать, иначе все остальные восстановленные поверхности в дальнейшем быстро износятся снова из-за люфтов и перекосов ведущей шестерни. У большинства насосов валик вращается в отверстии корпуса. Тогда поврежденное отверстие следует расточить. Далее в него запрессовывается бронзовая или сипуминовая втулка. Если имеется износ ответной поверхности валика, то возможны два варианта ремонта. Наиболее простой - когда втулка корпуса делается длиннее, чтобы обеспечить контакт с неповрежденной поверхностью валика. Другой вариант - изготовление нового валика из высокопрочной легированной стали, закаленной до HRC3 36+40. Это несложно, если привод валика снабжен шпонкой.
В случае, если валик шлицевой, при изготовлении потребуется специализированное оборудование. Поэтому для таких конструкций лучше рассчитывать на первый вариант ремонта либо на замену валика. На зубьях шестерен иногда образуются задиры, ухудшающие уплотнение между ними. Наиболее простой способ выхода из положения - перевернуть их наоборот и тем самым обеспечить контакт по неизношенным сторонам зубьев. Ведомая шестерня обычно вращается на оси и перевернуть ее не составляет труда. Распрессовать эти детали можно либо ударами молотка с помощью универсальной ремонтной медной выколотке, однако в последнем случае надо соблюдать осторожность, чтобы не повредить детали. Запрессовку валика в шестерню лучше производить с нагревом шестерни до 180+200°С, чтобы избежать больших усилий и деформации деталей. На большинстве двигателей насосы с шестернями наружного зацепления расположены в поддоне картера и часто полностью или частично погружены в масло. Естественно, они не требуют уплотнений (прокладок, сальников и т.д.), т.к. незначительные утечки по стыкам деталей не оказывают влияния на их работу. Однако на некоторых двигателях (GM. VOLKSWAGEN и др.) насосы данного типа могут быть расположены снаружи на блоке цилиндров. В таком случае по крайней мере стык крышки и корпуса требует герметизации. Обычно у насосов герметичность обеспечивается резиновым кольцом, установленным в соответствующую канавку корпуса, или прокладкой. При ремонте насосов уплотнительные элементы подлежат замене.
Старое уплотнительное кольцо деформировано и, как правило, не уплотняет поверхности. Новое кольцо должно иметь такую же толщину, как и старое. Нельзя применять резиновые кольца большего сечения - при стягивании крышки и корпуса такое кольцо может целиком заполнить канавку и не дать хорошего сопряжения крышки и корпуса. Это обычно приводит к увеличению торцевого зазора настолько, что насос становится неработоспособным. Кроме того, при стягивании деталей "повисшая в воздухе" крышка деформируется у отверстий болтов даже при небольшом усилии затяжки. Конструкция насосов с уплотнением крышки прокладкой требует не меньшего внимания Так, при обработке торцевых поверхностей деталей насоса (корпус, шестерни) необходимо учитывать толщину прокладки, иначе торцевой зазор шестерен окажется слишком велик. Прокладка должна быть выполнена из твердого материала, иначе со временем она "поте чет". Поэтому предпочтительно пользоваться "фирменной" прокладкой крышки, иначе трудно обеспечить надежность работы двигателя после ремонта. Нельзя уплотнять крышку насоса герметиком без прокладки - большинство соединений, имеющих внутреннее давление масла и собранных без прокладки, очень быстро теряют герметичность. Следует также отметить, что герметичность крышки насоса зависит от состояния плоскостей сопряженных деталей. После длительной эксплуатации плоскости часто имеют деформацию, которая должна в обязательном порядке устраняться их обработкой (в частности, притиркой, фрезерованием или шлифованием).
Ремонт других типов насосов - с шестернями внутреннего зацепления и роторных, выполняется в цепом по той же схеме. Однако существуют некоторые особенности ремонта каждой схемы. Рассмотрим их более подробно. У насосов с шестернями внутреннего зацепления основным дефектом является износ посадочного пояска ведущей(внутренней) шестерни и сопряженной с ним поверхности отверстия корпуса. Такой дефект устраняется следующим образом. Шестерня точно выверяется в токарном станке, после чего пояс протачивается с уменьшением диаметра на 1,0+1,5 мм. На пояс перепрессовывается с натягом 0,03+0,04 мм тонкая (1,0+1,5 мм) стальная втулка. После этого отверстие в корпусе растачивается так, чтобы зазор в соединении составил 0,05+0,07 мм. При растачивании корпуса необходимо обеспечить строгую перпендикулярность отверстия к торцу корпуса и его соосность, по крайней мере, со старым отверстием. Увод или перекос отверстия могут привести к заклиниванию и выходу насоса из строя, особенно если зазор между внутренними шлицами ведущей шестерни и коленчатым валом достаточно мал. У насосов роторного типа основным дефектом является износ валика и отверстия в корпусе. Особенно это характерно для конструкций, где привод насоса осуществляется зубчатым ремнем (TOYOTA, MITSUBISHI, ISUZU и др.). Обычно валик достаточно короткий, а перекашивающие нагрузки от ремня велики. Поэтому уже при пробегах 150 тыс. км сальник насоса часто подтекает, а замена его останавливает течь ненадолго. Если возможности заменить насос нет, то следует поступить так. Поскольку валик имеет достаточно простую конфигурацию, его нетрудно изготовить с увеличенным (ремонтным) диаметром. В качестве материала лучше выбрать износостойкие стали с большим содержанием углерода и хрома, например, 40X13, цементуемые, инструментальные и специальные стали (в частности, хорошо зарекомендовали себя стали 95X18 и ШХ15) и закалить до твердости HRC3 = 50. Посадка ротора на валике должна иметь натяг не менее 0,04+0,05 мм, а наружную поверхность валика необходимо шлифовать. Далее следует расточить отверстие в корпусе (крышке), обеспечив зазор порядка 0,03+0,05 мм и отсутствие перекосов и смещений оси отверстия. После запрессовки валика в отверстие ротора край отверстия желательно зачеканить в нескольких местах, чтобы исключить возможность проворачивания ротора на валике. У некоторых роторных насосов (TOYOTA) ротор и шестерня привода напрессованы на валик с двух сторон, что затрудняет не только контроль состояния деталей, но и их ремонт. Так, если обнаружен большой люфт валика в крышке насоса, то необходимо разобрать узел для замены валика. Разборку узла в данном случае не удаётся выполнить съёмниками, т.к. нельзя зацепить папы съёмника за шестерню или ротор.
Поскольку валик всё равно будет заменён, чтобы снять с него шестерню, можно засверлить его по оси со стороны шестерни на глубину, на 4+6 мм больше её ширины, постепенно увеличивая диаметр сверла. Когда толщина стенки валика (между отверстием и наружной поверхностью) станет меньше 0,5+0,8 мм, натяг значительно уменьшится, и валик можно будет выбить из шестерни лёгким ударом. В эксплуатации нередки случаи отказов двигателя из-за неисправности перепускного (редукционного) клапана. Основной причиной неисправности является заклинивание клапана или плунжера (в зависимости от конкретной конструкции), а также попадание сравнительно больших частиц загрязнений под клапан. Заклинивание клапана в открытом положении, очевидно, ведет к недопустимому падению давления масла. Однако, если клапан не открывается, возможно выдавливание уплотнительного кольца из-под масляного фильтра или разрушение его корпуса. У двигателей с гидротолкателями чрезмерное давление может привести к зависанию клапанов и остановке двигателя из-за отсутствия компрессии.
Поскольку заклинивание происходит из-за попадания грязи под клапан или его плунжер, в большинстве случаев бывает достаточно его разобрать, тщательно очистить и промыть. При этом необходимо проконтролировать состояние уплотнительных поверхностей на седле. Если поверхности имеют следы повреждений или износа, ведущие к потере герметичности, необходимо их обработать. Как правило, бывает достаточной обработка "как чисто". Иногда при износе клапана его можно заменить шариком соответствующего диаметра. В любом случае при разборке насоса, а также при разрушении деталей КШМ контроль состояния деталей редукционного клапана обязателен.
 
9.7.2. Ремонт насосов системы охлаждения
 
У двигателей автомобилей с пробегом 120+150 тыс. км и более нередки случаи неисправности насосов системы охлаждения. Большинство неисправностей насосов связаны с той или иной степенью негерметичности уплотнения валика. Причиной этого может быть ускоренный износ уплотнения, например, при эксплуатации на воде (она хуже смазывает детали) или на грязной старой охлаждающей жидкости, содержащей абразивные частицы. Негерметичность уплотнения приводит к постеленному вымыванию смазки из подшипника и его износу (например, усталостному разрушению беговых дорожек - питтингу), из-за чего подшипник начинает "гудеть". Когда эксплуатируемый на воде двигатель поступает в ремонт, после его разборки необходимо смазать (пролить) насос охлаждающей жидкостью. В противном случае коррозия деталей уплотнения скорее всего приведет к негерметичности сразу после запуска двигателя. Из-за этого может оказаться неисправным ("потечь") даже относительно новый насос. Указанные особенности работы насосов необходимо учитывать при эксплуатации и ремонте двигателей - от надежности насоса зависит надежность работы всего двигателя в целом. На распространенные модели двигателей насосы можно приобрести - цена, как правило, не слишком велика. Поэтому при возникновении неисправности из двух вариантов - ремонт или замена, однозначно необходимо выбирать второй. Новые насосы (сюда с небольшими оговорками можно отнести и серийно восстановленные в заводских условиях) существенно выше по надежности, чем отремонтированные, в особенности, если ремонт связан с применением нестандартных (нештатных) подшипников и уплотнений. На практике возможны ситуации, когда найти новый насос не удается. В таких случаях ремонт является единственно возможным выходом из положения.
При этом необходимо выполнить работу с особой осторожностью и тщательностью. От этого будет зависеть надежность работы всего двигателя, особенно, если насос приводится ремнем ГРМ (при разрушении подшипников насоса здесь следует ожидать "проскакивания" ремня и, возможно, деформации или поломки клапанов и других деталей). Приступая к ремонту насоса, необходимо помнить, что одним из наиболее ответственных этапов является разборка, т.к. ошибки здесь приводят, как правило, к поломке деталей и невозможности дальнейшего их использования. Перед разборкой насоса будет нелишним отметить взаимное осевое положение фланца, крыльчатки и валика, чтобы затем при сборке не искать его заново. Основная трудность состоит в выпрессовке подшипника из корпуса. Эту операцию следует выполнять так, чтобы выпрессовка шла в направлении от крыльчатки в сторону фланца шкива. Попытка выпрессовать валик в обратную сторону у многих насосов приводит к поломке корпуса, т.к. валик ломает его упорный бурт. У некоторых конструкций упорного бурта нет, поэтому выпрессовку валика можно вести в направлении от фланца, предварительно сняв фланец с валика (см. ниже). У насосов с крыльчаткой, лопасти которой направлены внутрь, а также, если крыльчатка тонкая и/или изготовлена из хрупкого материала, она нередко ломается при выпрессовке.
Если это произошло, единственным выходом из положения будет изготовление новый крыльчатки - отдельно в запасные части крыльчатки не поставляются. Для изготовления новой крыльчатки могут использоваться различные материалы, например, сталь, чугун, пластмасса типа капролона или латунь. Процесс изготовления крыльчатки из круглой заготовки на универсальном металлорежущем оборудовании не представляет больших трудностей. Необходимо отметить, что у многих насосов торцевое уплотнение работает по соответствующей поверхности (торцу) крыльчатки, поэтому произвольно изменять ее материал нельзя. При изготовлении крыльчатки необходимо обеспечить биение торцевой поверхности, на которую опирается уплотнение, не более 0,010+0,015 мм относительно отверстия, а также низкую шероховатость этой поверхности, иначе уплотнение в дальнейшем быстро выйдет из строя. После демонтажа валика из корпуса следует снять фланец шкива. Для этого можно использовать универсальный съёмник  или пресс. Поскольку выпрессовка валика из корпуса требует достаточно больших усилий, использовать повторно этот валик нельзя, т.к. подшипники всегда оказываются в той или иной степени повреждены и не будут работать долго. Разборка насоса завершается снятием уплотнения, что обычно не вызывает каких-либо трудностей и мойкой всех деталей. Некоторые фирмы поставляют в запасные части отдельные детали насосов, например, валики и уплотнения. Если такие комплектующие удалось найти, дальнейшие операции по сборке насоса выполняются в следующем порядке: 1. Запрессовать новый валик с подшипниками в корпус, используя оправку. При этом нельзя прикладывать усилие к самому валику, чтобы не повредить подшипники. 2. Установить в корпус новый сальник, опираясь на его наружную поверхность и корпус насоса со стороны фланца. 3. Напрессовать на валик фланец шкива согласно эскизу, сделанному перед разборкой. Для этого можно использовать пресс с опорой на валик с другой его стороны.
Опираться на корпус нельзя, иначе можно повредить и корпус, и подшипник. Данная операция в зависимости от конструкции насоса может быть выполнена как перед установкой валика в корпус, так и в конце сборки. 4. Напрессовать крыльчатку на валик, используя пресс с опорой на противоположный конец валика. Здесь также, как и на предыдущей операции, нельзя создавать опору на корпус. Крыльчатка напрессовывается согласно эскизу, однако при этом необходимо проверить, чтобы в торцевом уплотнении появился натяг (тогда валик вращается с несколько увеличенным усилием), а также зазор между лопатками крыльчатки и ответной деталью (корпус, крышка, блок цилиндров и т.д.). Обычно этот зазор выдерживается в пределах 0,4+0,8 мм. Меньший зазор может вызвать задевание крыльчатки, а больший - снижение производительности насоса и эффективности охлаждения двигателя на малых частотах вращения. Зазор легко проверяется по отпечатку на небольшом куске пластилина, если приклеить его к лопатке, а насос установить на место (естественно, не забыв при этом про прокладку). Завершая сборку, желательно, хотя бы грубо, проверить герметичность уплотнения, установив насос крыльчаткой вверх и налив под нее охлаждающую жидкость. Если в течение последующих 10+15 мин следов подтекания из дренажных отверстий в корпусе не появится, насос можно ставить на двигатель. Подтекание свидетельствует о повреждении уплотнения насоса при сборке и необходимости повторного ремонта. На некоторые модели редких и старых двигателей найти новый насос трудно, и иногда это не удается, не говоря уже об отдельных его комплектующих. В таких случаях, как крайняя мера, можно попытаться отремонтировать насос, используя новые валик и уплотнение от другого насоса, близкого по размерам.
При этом необходимо помнить, что нежелательно использовать отдельные стандартные подшипники. Переход на такой вариант требует при той же допустимой нагрузке на подшипники значительно увеличенного наружного габарита корпуса. Если подобрать для такого варианта ремонта подшипники (возможно, даже несколько большие по наружному диаметру - сколько допускает толщина стенок корпуса), насос работать не будет, т.к. подшипники окажутся сильно перегруженными и быстро выйдут из строя. Достаточно аккуратно следует относиться и к замене валика на другой, если насос работает в иных условиях, имеет другой привод и т.д. Например, вентилятор, расположенный на оси насоса, предполагает, как правило, усиленные подшипники, поэтому недостаточная допустимая нагрузка у нового узла может стать причиной быстрого выхода его из строя. Особую осторожность следует соблюдать при ремонте тех насосов, которые приводятся зубчатым ремнем - здесь ошибка может привести к необходимости ремонта всего двигателя. Перед тем, как начинать что-либо переделывать, необходимо выполнить определенную конструкторскую работу. Во-первых, новые детали - валик и уплотнение - должны подходить по диаметру, т.е. если требуется увеличение диаметров отверстий в корпусе, то оставшаяся толщина стенки корпуса не должна быть очень малой (менее 3,5 мм). Во-вторых, новые детали в сборе с корпусом и крыльчаткой образуют в осевом направлении некую "размерную цепь", в которую могут "не вписаться" нештатные детали. Кроме того, уплотнение, которое предполагается использовать, может не стыковаться с торцом крыльчатки как по диаметру, так и по материалам. Пару трения здесь составляют графит (кольцо уплотнения) и материал крыльчатки, работающий с графитом, например, сталь или чугун.
При несовпадении диаметров или материалов этих деталей можно предусмотреть установку дополнительного кольца. Если новые нештатные детали удается скомпоновать в корпусе насоса, можно приступать к доработке. Прежде всего следует расточить отверстие в корпусе под подшипники валика. При этом следует строго (до 0,02 мм) выдержать соосность нового и старого отверстий. Одновременно следует расточить отверстие под запрессовку уплотнения. Глубина расточки под уплотнение должна быть такой, чтобы крыльчатка насоса, с одной стороны, имела бы рекомендуемый зазор между лопатками и корпусом (крышкой), а с другой - одновременно было бы обеспечено поджатие графитового кольца к торцу крыльчатки. Следует отметить, что замена валика на нештатный нередко требует растачивания отверстий в крыльчатке и фланце шкива привода.
При этом наиболее ответственной операцией является доработка крыльчатки - она должна быть выполнена с достаточно высокой точностью. Так, биение торца крыльчатки при ее вращении не должно превышать 0,010 мм, а шероховатость скользящей поверхности - не более 0,6 мкм, в противном случае уплотнение может оказаться негерметичным или быстро выйти из строя. Чтобы обеспечить малое биение торца, его можно обработать одновременно с растачиванием отверстия. Отверстия в крыльчатке и фланце должны быть расточены так, чтобы сохранить натяг на валике порядка 0,02+0,03 мм. Сборка насоса с доработанными и нештатными комплектующими выполняется так же, как было описано выше. Если все сделано правильно и аккуратно, отремонтированный насос работает достаточно долго.
 
9.7.3. Ремонт турбокомпрессоров
 
Ротор турбокомпрессора при работе двигателя на режимах максимальной мощности вращается с частотой, обычно превышающей 100+120 тыс. мин"1. При этом нарушение подачи, плохая фильтрация масла, масло несоответствующего качества и т.д., приводят к ускоренному износу подшипников и уплотнений ротора. Из-за течи через уплотнения возрастает расход масла двигателем. На этой стадии турбокомпрессор уже требует ремонта - по крайней мере, замены подшипников и уплотнений. При дальнейшей эксплуатации износ быстро прогрессирует, возникает задевание лопаток рабочих колес ротора за корпус - появляется характерный "визг" турбокомпрессора на некоторых режимах. Нагрузки на ротор возрастают настолько, что он деформируется. Далее после непродолжительной работы происходит его разрушение. На такой стадии ремонт требует замены ротора в сборе (поменять скорее всего придется весь турбокомпрессор, т.к. ротор отдельно в запасные части не поставляется). Вследствие высоких нагрузок на подшипники и требований к качеству масла и его фильтрации турбокомпрессор является "слабым" агрегатом двигателя с турбонаддувом. Различные неисправности двигателя, вызывающие ухудшение подачи масла обычно приводят к повреждению в той или иной степени подшипников и уплотнений ротора.
Поэтому при сложном ремонте двигателей необходимо контролировать состояние турбокомпрессора - не исключено, особенно для двигателей с пробегом более 150+200 тыс. км, что большая часть расхода масла связана с его течью через изношенные уплотнения ротора. У двигателей с разрушенными шатунными подшипниками нередко обнаруживается недопустимый износ подшипников и уплотнений турбокомпрессора. Обычно это является следствием работы двигателя с недостаточной подачей масла (повреждение поддона, маслонасоса и т.д.). В отдельных случаях поврежденным оказывается только турбокомпрессор. Это происходит при даже не слишком длительной эксплуатации двигателя на масле крайне низкого качества или на масле, вообще не предназначенном для автомобильных двигателей. Такое масло не обладает достаточной вязкостью при высоких температурах в подшипниках ротора и, кроме того, интенсивно коксуется в этих условиях, закрывая в подшипниках смазочные отверстия малого диаметра. Турбокомпрессор является прецизионным агрегатом - допуски на изготовление и деформацию деталей в эксплуатации обычно не превышают нескольких микрон. В связи с этим для его ремонта необходимо иное, значительно более точное, оборудование, нежели для остальных узлов и агрегатов двигателя. Прежде чем что-либо ремонтировать, необходимо оценить возможности приобретения необходимых комплектующих. Если таких возможностей нет, лучше не тратить времени впустую на разборку турбокомпрессора - необходимо его менять на новый независимо от обнаруженной или предполагаемой неисправности. Практика показывает, что приобрести новый турбокомпрессор существенно проще, чем специальный комплект для его ремонта, однако цена нового агрегата достаточно высока.
Специализированные иностранные фирмы, выполняющие ремонт турбокомпрессоров, учитывают стоимость старого агрегата при его сдаче, что на 20+25% снижает цену восстановленного. Сигналом к необходимости ремонта или замены турбокомпрессора служит увеличение расхода масла свыше 1,0+1,2 л /1000 км. Для того, чтобы убедиться в неисправности именно турбокомпрессора и не спутать причину увеличения расхода масла (например, вследствие износа деталей ЦПГ), необходимо снять патрубки, соединяющие компрессор со впускным коллектором и воздушным фильтром. При неисправных уплотнениях на выходе из компрессора в патрубке обнаруживается много масла, особенно, если патрубок гофрированный. В компрессоре также обычно скапливается масло, иногда даже в виде "лужи" на входе в компрессор. При разрушении поршней и возрастании давления в картере масло может поступать на вход турбокомпрессора через систему вентиляции. В таких случаях определить причину наличия масла в компрессоре и его патрубках достаточно сложно, особенно на неработающем двигателе. По внешним признакам можно также оценить степень повреждения деталей, чтобы определить возможность ремонта. При осмотре турбокомпрессора не должно быть чрезмерного (более 0,3 мм) радиального люфта ротора, а на лопатках компрессора и турбины не должно быть следов задевания за корпус (а также гнутых или поломанных лопаток). Турбокомпрессор с повреждёнными лопатками уже не подлежит ремонту из- за недопустимой деформации ротора и должен быть заменен.
Если явных повреждений не обнаружено и есть возможность приобретения отдельных комплектующих (подшипники, уплотнения), можно приступать к разборке турбокомпрессора. Вначале на корпусные детали наносятся метки (чтобы собрать их в том же положении, иначе агрегат не состыковать с патрубками), затем демонтируются корпуса компрессора и турбины. На многих турбокомпрессорах для этого необходимо отвернуть соответствующие болты или снять стопорное кольцо, фиксирующее корпус. Освободив корпус подшипников в сборе с ротором, можно разбирать ротор. Перед разборкой и снятием ротора необходимо в обязательном порядке нанести три метки на ротор со стороны компрессора - на резьбовой конец вала ротора, гайку и копесо компрессора. Это необходимо для последующей сборки указанных деталей в том же положении. Если этого не сделать, балансировка ротора будет нарушена. Тогда будут возможны два варианта - либо собранный турбокомпрессор окажется неработоспособным (подшипники выйдут из строя уже через 100200 км пробега), либо потребуется динамическая балансировка ротора. Последний вариант достаточно проблематичен, т.к. балансировка может быть сделана только на специализированных предприятиях, имеющих соответствующее оборудование. После нанесения меток следует отвернуть гайку крепления колеса компрессора. На многих турбокомпрессорах гайка имеет левую резьбу. Ротор от проворачивания следует удерживать со стороны турбины за шпицы у ступицы колеса. Сняв колесо компрессора, необходимо освободить узел переднего уплотнения ротора. Он может быть закреплен на корпусе подшипников винтами или внутренним стопорным кольцом. Нередко узел уплотнения по наружному диаметру имеет резиновое уплотнительное кольцо - из-за этого его трудно вынуть из корпуса. За узлом уплотнения расположен подпятник - фигурная пластина, удерживающая ротор в осевом направлении. Подпятник снимается вместе с упорной втулкой вала ротора. Далее ротор можно вынуть из корпуса в сторону турбины. Затем из корпуса следует вынуть бронзовые втулки - подшипники ротора. Все детали турбокомпрессора необходимо тщательно вымыть и просушить. Дефектацию турбокомпрессора следует начинать с проверки ротора.
Для этого ротор устанавливается в центрах или на призмы и микронным индикатором определяются взаимные биения различных участков вала. Биение свыше 0,007 мм указывает на недопустимую деформацию ротора. Деформированный ротор подлежит замене, а так как отдельно в запасные части он не поставляется, то менять придется турбокомпрессор в сборе. Существует возможность поправить ротор, однако шансов на успех здесь немного. Во-первых, сам процесс правки очень сложен. Необходимо править вал с небольшим перегибом (0,010+0,015 мм) с последующим снятием напряжений гибкой в обратную сторону. Поскольку точность правки высока, а сечение вала достаточно мало (диаметр 5+8 мм), для правки требуется специальное оборудование, позволяющее контролировать прогиб вала при правке.
Если вал поправлен, необходимо выполнить старение (180°С, 4 часа, охлаждение с печью), после чего снова контролировать биение - оно нигде не должно быть больше 0,005 мм. Износ втулок подшипников определяется измерением их наружного и внутреннего диаметра, а также диаметров вала и отверстий в корпусе. Максимальные зазоры не должны превышать 0,06+0,09 мм, иначе втулки необходимо менять. Износ поверхностей контакта со втулками на валу и в корпусе даже при сильно изношенных втулках обычно достаточно мал. Если втулки изношены, то серьезной проблемой является как их приобретение (в ремонтном комплекте), так и изготовление. Последний вариант наименее удачен, в основном, из- за трудности подбора материала втулок. Из отечественных материалов подходят оловянно-свинцовые бронзы типа БрОС. При изготовлении втулок необходимо обеспечить зазоры порядка 0,03+0.04 мм по валу и в корпусе, что не составляет больших трудностей. Особое внимание следует уделить подпятнику, воспринимающему осевые нагрузки от ротора. Опорная поверхность подпятника невелика, на нее выходят смазочные отверстия малого диаметра (0,5+0,8 мм), которые могут оказаться закоксованными. Торцевой зазор в подпятнике можно определить, измерив толщину опорной пластины на поверхности контакта со втулкой микрометром и расстояние между щеками опорной шайбы с помощью набора концевых мер. Зазор не должен превышать 0,10+0,12 мм. Обычно повышенный зазор в подпятнике получается за счет износа опорной пластины. У многих турбокомпрессоров пластина выполнена из бронзы. Изготовить новую пластину трудно из-за ее сложной конфигурации и весьма малых отверстий, однако изношенную опорную поверхность у некоторых турбокомпрессоров можно обработать "как чисто" строго параллельно неизношенным поверхностям. К более тонкой пластине потребуется новая втулка вала с меньшим расстоянием между щеками. Такая втулка выполняется из легированной стали твердостью не менее HRCg 57+60, с зазором в опорной пластине 0,02+0,05 мм и биением торцевых поверхностей относительно отверстия не более 0.005 мм. Для сохранения балансировки необходимо обеспечить малый зазор на валу (0,010+0,015 мм) и малое биение наружных поверхностей (до 0.005 мм). Кроме того длина новой втулки не должна отличаться от длины старой больше, чем на 0,005 мм, да и то в большую сторону. Это необходимо, чтобы при затягивании гайки метка на ней оказалась на прежнем месте, иначе может быть нарушена балансировка ротора.
То же самое произойдет и при недопустимо большом торцевом биении стягиваемых на роторе деталей, т.к. ротор в этом случае деформируется. В некоторых конструкциях используются стальные опорные пластины с антифрикционным покрытием. Здесь большой износ или повреждение (задиры) покрытия приводит к необходимости замены пластины. Детали, расположенные вдоль оси вращения ротора, не могут произвольно обрабатываться по длине или заменяться без контроля и подгонки по длине. У деталей, зажимаемых пакетом гайкой на валу ротора, изменение длины может вызвать дисбаланс ротора из-за углового смещения гайки от прежнего положения. Изменение ширины опорной пластины или замена опорной втулки на валу может привести к смещению ротора по оси, что совершенно недопустимо из-за опасности задевания лопаток одного из колес за корпус. У противоположного колеса при этом зазор между лопатками и корпусом увеличивается, что существенно снижает подачу компрессора и ухудшает параметры всего двигателя в целом. Большие трудности вызывает ремонт уплотнений. Со стороны турбины в канавке вала располагается одно, реже - два уплотнительных разрезных кольца. Основные неисправности этого узла - износы наружной поверхности кольца, отверстия корпуса, торцов кольца и канавки. Изношенную поверхность отверстия желательно обработать "как чисто" (если износ не превышает 0,03+0,05 мм), иначе новое уплотнительное кольцо может быстро износиться, контактируя по изношенной поверхности. Обработку отверстия необходимо выполнить с точностью 0,010 мм относительно отверстий корпуса для втулок подшипников. При больших износах диаметр отверстия придется увеличивать намного. В таких случаях, если позволяет конструкция, отверстие можно расточить примерно на 1,5+2,0 мм, запрессовав туда втулку из серого легированного чугуна с натягом 0,015+0,025 мм. Затем отверстие во втулке следует расточить соосно отверстиям подшипников. Если диаметр отверстия сделать на 0,03+0,05 мм меньше, то не исключено, что старое уплотнительное кольцо можно будет использовать повторно, однако только тогда, когда нет больших износов по торцам кольца и канавки. Большой износ торцов, а также невозможность или нецелесообразность установки втулки в корпус (например, когда поверхность отверстия не изношена) требуют замены кольца. Наиболее удачный вариант - приобрести ремонтный комплект, однако на практике такая возможность часто отсутствует. Поэтому рассмотрим, как изготовить новое кольцо. Возможны несколько вариантов (технологий) изготовления уплотнительного кольца, из которых можно выбрать более или менее удобный для единичного производства. Кольцо изготавливается из серого легированного чугуна, из которого вначале точится заготовка с наружным диаметром больше необходимого на величину Д/3,14159, где Д - ширина инструмента для разрезки кольца (Д не должна быть более 0,4 мм). После разрезания кольца оно предварительно (с припуском порядка 0,10 мм) шлифуется по торцам.
Затем необходимо термофиксировать (развести) замок - увеличить его до 2,0+2,5 мм. Для этого используется оправка с круглой шпонкой диаметром 4+5 мм, на которую устанавливается кольцо (или несколько колец пакетом) и сжимается по торцам. Кольцо в оправке не должно опираться по наружному или внутреннему диаметру на какие-либо детали. Термофиксация выполняется в печи с температурой 600+650°С - нагрев с выдержкой 3 ч и последующим охлаждением с печью. При охлаждении на воздухе возможно увеличение твердости и износостойкости кольца, однако оно может деформироваться (из-за неравномерного охлаждения) или стать хрупким. После термофиксации торцы кольца окончательно шлифуются в размер канавки вала (зазор по торцам 0,02+0,03 мм). Далее выполняется притирка наружной поверхности. Желательно притирку делать в два этапа - сначала в калибре увеличенного на 0,05+0,10 мм диаметра, а затем в калибре с диаметром больше на 0+0,02 мм отверстия корпуса. Это необходимо для того, чтобы избежать смыкания замка при притирке (что искажает форму наружной поверхности) и обеспечить малый зазор в замке в окончательном виде. Приспособление для притирки  должно обеспечивать простоту установки и снятия кольца, а также отсутствие перекосов. Предварительная притирка выполняется пастой зернистостью 12+20 мкм, а окончательная - не более 10 мкм. После притирки кольцо в калибр должно устанавливаться без каких-либо просветов по наружному диаметру, а замок должен быть достаточно мал. У многих турбокомпрессоров переднее уплотнение аналогично заднему, однако встречаются и торцевые уплотнения. В торцевом уплотнении возможен износ графитового кольца или втулки вала, а также старение резины уплотнительного кольца, установленного внутри графитового.
Способы устранения указанных неисправностей достаточно очевидны и не требуют пояснений. Если вследствие неквалифицированной разборки взаимное положение деталей турбокомпрессора оказалось незафиксированным, сборка агрегата возможна только после динамической балансировки ротора. Ротор турбокомпрессора является "гибким", т.е. частота его собственных колебаний меньше рабочей. Поэтому его балансировка возможна только на специальных стендах, позволяющих раскручивать ротор до частот, близких к рабочим. Найти возможность выполнить такую балансировку так же сложно, как и найти мастерскую по ремонту турбокомпрессоров двигателей легковых автомобилей с соответствующим оборудованием. Из-за этого неквалифицированная разборка уже практически гарантирует неработоспособность турбокомпрессора. Сборка турбокомпрессора выполняется в порядке, обратном разборке. Предварительно необходимо повторить весь комплекс работ по измерению зазоров в сопряженных деталях. Такие детали, как подшипники и уплотнения, должны быть смазаны моторным маслом.
Последними операциями являются затягивание гайки ротора (моментом порядка 8+10 Н-м) и сборка корпусов компрессора и турбины с корпусом подшипников до совпадения ранее сделанных меток. В заключение необходимо рассмотреть еще один вопрос, имеющий практическое значение и связанный с турбокомпрессорами. Встречаются ситуации, когда турбокомпрессор выходит из строя, а автомобиль все же должен эксплуатироваться. Существует несколько вариантов решения проблемы. Основная задача здесь - исключить поступление масла в газовоздушный тракт двигателя через разрушенные уплотнения турбокомпрессора. Это можно сделать следующим образом: 1) перекрыть трубопровод подачи масла в турбокомпрессор, не разбирая его; 2) то же, но, разобрав агрегат и установив вместо ротора заглушку, препятствующую перетеканию газов из выпускной системы во впускную; 3) демонтировать турбокомпрессор, установив на его место специально изготовленный выхлопной патрубок и удлинив впускной трубопровод. Первый способ - наименее удачен, но наиболее прост. Он позволяет перекрыть подачу масла в турбокомпрессор, если подшипники и уплотнения уже разрушены и масло под давлением поступает в газовоздушный тракт. Турбокомпрессор в такой ситуации уже не подлежит ремонту, а отсутствие подачи масла уже не влияет на неработающий агрегат. Практически перекрыть подачу можно, например, с помощью сплошных (без отверстий) прокладок, устанавливаемых на фланцы трубопроводов подачи и слива масла на блоке цилиндров. Поскольку операция достаточно проста, она может быть выполнена даже в дороге, чтобы доехать до места ремонта. Недостаток способа - значительное падение мощности двигателя и увеличение расхода топлива, т.к. невращающиеся рабочие колеса создают значительное сопротивление как на впуске, так и на выпуске, особенно на режимах средних и больших нагрузок и частот вращения. Второй способ несколько лучше первого, поскольку сопротивление будет меньше из-за отсутствия рабочих колес. Однако остаются улитки компрессора и турбины, также обладающие значительным сопротивлением течению воздуха и выхлопных газов. Ухудшение основных параметров получается значительным, но не столь сильным, как в первом варианте. Третий способ несколько лучше предыдущих соответствует данному двигателю в безнаддувном варианте. Тем не менее, параметры двигателя без турбокомпрессора все равно будут хуже, чем у изначально безнаддувного двигателя вследствие пониженной степени сжатия, неоптимальных фаз газораспределения и несоответствующей программы регулирования (управления) подачи топлива и опережения зажигания или впрыска (у дизелей). 9.8. Выбор и изготовление прокладок для двигателя.
При разборке двигателя повреждается большинство прокладок, уплотняющих те или иные детали и узлы. Поэтому, выполняя ремонт, необходимо знать, какие прокладки требуют замены, как их приобрести, а также что делать, если найти готовые прокладки не удается. Как было указано, материалы и конструкция прокладок существенно различаются в зависимости от конструкции и условий работы уплотняемых деталей - температуры, давления, а также свойств уплотняемой среды (масло, топливо, охлаждающая жидкость, воздух или отработавшие газы). При разборке двигателя некоторые прокладки остаются целыми, т.е. не имеют явных дефектов после разъединения деталей. В соответствии с этим при ремонте двигателя следует решить, на что ориентироваться - на замену или на сохранение старой прокладки. Данный вопрос имеет достаточно большое значение, особенно с точки зрения себестоимости ремонта - цена полного комплекта прокладок на некоторые двигатели достаточно велика, в то время как прокладки, которые следует обязательно менять, нередко стоят ощутимо дешевле. Чем более напряженные условия работы деталей, тем меньше надежность уплотнения старой прокладки при повторном ее использовании. Наиболее нагруженной с точки зрения давлений, температур и близкого расположения полостей различных рабочих жидкостей и газов является прокладка головки блока цилиндров. Практика показывает, что даже в случае идеального состояния снятой прокладки и плоскостей головки и блока ее нельзя использовать вторично - после более или менее продолжительной эксплуатации такая прокладка обычно прогорает по уплотнитепьной окантовке цилиндров. Таким образом, замена прокладки головки на новую при ремонте обязательна. В тяжелых условиях работают также прокладки выпускных коллекторов.
Нередко материал этих прокладок аналогичен прокладкам головки, вокруг каналов также выполнена стальная окантовка. При повторном использовании прокладок герметичность стыка также может нарушиться. Хотя это не приводит к каким-либо изменениям в работе двигателя, выхлопные газы из подкапотного пространства могут попадать в систему вентиляции салона автомобиля. Поэтому повторное использование прокладок деталей выпускной системы также нежелательно. Длительное время работавшая прокладка выпускного коллектора может оказаться негерметичной, даже если детали не разъединяются и нет внешних признаков негерметичности (характерные следы сажи). Вследствие этого рекомендуется демонтировать выпускной коллектор с головки, даже если это не вызвано необходимостью проведения каких- либо работ (например, когда коллектор мешает выполнить ремонт головки или сам коллектор требует ремонта). Прокладки, уплотняющие каналы и полости под давлением (системы смазки и охлаждения), могут быть использованы повторно, если при демонтаже не произошло разрывов и повреждений по контуру уплотняемой полости. Прокладки для уплотнения полостей без давления, например, для передней и задней крышек двигателя, поддона картера, а также некоторые другие аналогичного назначения, могут быть заменены герметиками. Возможность подобной замены определяется конструкцией деталей. При проведении сложного ремонта двигателя, при котором выполняется его снятие и разборка, необходимо демонтировать все крышки и детали системы охлаждения на блоке и головке цилиндров. В большинстве случаев при этом старые прокладки оказываются непригодны к дальнейшему использованию и требуют замены. Необходимость демонтажа указанных деталей диктуется следующим. Длительное время непрерывно работавшие уплотнения после мойки и сушки узла как бы уменьшаются в размерах ("сохнут"). В результате этого после сборки двигателя и заливки рабочих жидкостей существует вероятность возникновения течи по фланцам и соединениям деталей, которые не разбирались при ремонте. Если при демонтаже прокладка не повреждена, ее повторное использование возможно, только если перед сборкой уплотняемые поверхности допопнитепьно будут обработаны герметиком. Если это не будет сделано, старая прокладка вряд пи обеспечит герметичность соединения. Резиновые уплотнительные кольца следует менять на новые, т.к. старые кольца обычно оказываются сильно деформированы и имеют низкую эластичность из-за старения резины. Штампованные из тонкого стального листа крышки обычно требуют прокладок из сравнительно мягких материалов (например, пробка или резина) толщиной 1,5+3,0 мм.
При установке таких деталей без прокладки необходимо убедиться в хорошем их прилегании друг к другу. Однако даже и в этом случае использование герметика вместо прокладки не гарантирует длительной надежной работы соединения. Особое внимание должно быть уделено прокладкам поддона картера, если поддон имеет сложную форму с огибанием передней и задней крышек коренных подшипников. Такие прокладки обычно изготовлены из маслостойкой резины, которая после длительной работы может быть деформированной и неэластичной. Повторное их использование нередко приводит в дальнейшем к подтеканию масла с передней и задней части поддона. Это в одинаковой степени относится к прокладкам двух наиболее часто используемых типов - цельной и состоящей из нескольких частей. В последнем случае негерметичность чаще характерна в местах сопряжения частей прокладки, уплотняющих боковые, переднюю и заднюю части поддона. По этой причине прокладки поддонов сложной формы рекомендуется менять на новые. Поскольку прокладки - отдельно и в наборах, выпускают и продают различные фирмы, следует обращать внимание не только на цену, но и на качество прокладок. Практика показывает, что чем более форсирован двигатель, тем выше, например, требования к прокладке головки блока. Помимо более дорогих материалов прокладок головки, высокофорсированные двигатели часто требуют специальной схемы затяжки болтов, а также, возможно, и их подтяжки после непродолжительной эксплуатации. В то же время требования к качеству других прокладок, например, для уплотнения полостей и каналов систем смазки и охлаждения, не столь высоки. Учитывая это, для старых двигателей, не имеющих высокого форсирования, можно использовать более дешевые прокладки.
Напротив, для современных двигателей, а также для дизелей и двигателей с наддувом, следует выбирать более качественные и, соответственно, более дорогие прокладки. На практике возможность выбирать существует, в основном, только для распространенных моделей автомобилей. Более того, при ремонте некоторых двигателей иногда вообще не удается найти необходимых прокладок. Естественно, в таких случаях изготовление прокладки является единственным способом качественно собрать отремонтированный двигатель. Для прокладок большинства "неответственных" деталей (имеются в виду различные соединения, кроме выпускного коллектора и головки блока) хорошо подходят паронит и прессованный картон (прессшпан) различной толщины, обычно 0,4+1,0 мм. Поскольку прокладки часто имеют сложную конфигурацию, при их изготовлении желательно придерживаться определенной технологии. Изготовление прокладки следует начать с копирования ее формы на тонком листе белой бумаги. Для этого на уплотняемый фланец детали наносится тонкий слой масла, затем лист прижимается к фланцу. Полученный "отпечаток" фланца обводится карандашом. Далее отпечаток наклеивается на соответствующий лист паронита или картона, после чего прокладка вырезается ножницами по наружному и внутреннему контурам.
Для того, чтобы в прокладке выполнить ровные отверстия, необходимо использовать специальное приспособление - пробойник. Такой пробойник, если он изготовлен из инструментальной стали, обеспечивает пробивание отверстий в различных материалах - от картона до тонкой стали. Основание и крышка пробойника центрируются штифтами, а отверстия обрабатываются совместно. Стержни пробойника заходят в соответствующие отверстия с зазором 0,02+0,03 мм и имеют скошенную рабочую поверхность. За счет этого лист, зажатый между крышкой и основанием, легко пробивается (как бы разрезается) легким ударом молотка по стержню, чем обеспечивается ровный край отверстия. На одном основании могут быть расположены стержни диаметром от 3 до 20 мм. Прокладка выпускного коллектора должна быть изготовлена из специальных материалов. Обычно используется материал, аналогичный прокладкам головки блока цилиндров - армированный сталью специальный картон. Для двигателей прошлых пет выпуска, не имевших высокого форсирования, при ремонте такие прокладки могут быть выполнены без стальной окантовки.
Прокладка изготавливается так же, как описано выше, однако поскольку асбокартон армирован, наружный и внутренний контуры обработать сложнее. Наружный контур можно вырезать ножницами по металлу. Для обработки внутреннего контура, т.е. круглых или фасонных отверстий большого размера, лучше воспользоваться стержнем пробойника большого диаметра, пробивая отверстия с "перекрытием" по контуру. Для относительно новых двигателей прокладки выхлопного коллектора и приемной трубы требуют окантовки, иначе после непродолжительной работы прокладка может прогореть. Существуют различные способы изготовления прокладок с окантовкой в условиях единичного производства. Остановимся более подробно на одном из них, позволяющем изготавливать такие прокладки, если отверстие имеет круглую форму. Для этого можно использовать специальное приспособление, обеспечивающее несколько операций - пробивку отверстия, предварительную и окончательную завальцовку окантовки этого отверстия. Приспособление состоит из основания с крышкой, тарельчатой пружины и сменных колец, позволяющих выполнить указанные операции для отверстий различного диаметра (для каждого диаметра необходим свой набор колец). Перед установкой в приспособление в прокладке с помощью пробойника выполняется центрирующее отверстие. Далее прокладка кладется на основание, а сверху устанавливается нож. Втулка передает усилие на нож со стороны болта, в результате чего нож вырезает точное отверстие в прокладке. Для того, чтобы при этом прокладка не коробилась, наружное кольцо прижимает прокладку к основанию усилием тарельчатой пружины.
После разборки приспособления нож переворачивается, а на прокладку сверху кладется предварительно вырезанное из стальной или медной фольги плоское кольцо - заготовка для окантовки. Операция "вдавливания" повторяется, при этом обратная часть ножа предварительно вальцует окантовку на прокладке  под прямым углом. Перевернув нож вместе с прокладкой и установив его в основание, необходимо вручную плоским предметом немного отогнуть край окантовки, а затем, перевернув наружное кольцо со втулкой, окончательно завальцевать окантовку. В результате описанных операций получается достаточно ровная окантовка с малым зазором в отверстии между прокладкой и окантовкой. Это имеет существенное значение для надежной работы в условиях высоких температур, и, в частности, в стыке головки и блока, а также в трубопроводах выхлопной системы. Описанный способ позволяет изготавливать прокладки со стальной или медной окантовкой в условиях единичного производства. Однако для этого необходим хороший материал.
Следует отметить, что отечественный асбокартон не удовлетворяет всем требованиям к прокладкам современных двигателей. Основным его недостатком является большая пластическая деформация. Это приводит к необходимости подтягивать уплотняемые детали 2+3 раза, что иногда существенно может усложнить техническое обслуживание двигателя и снизить его надежность после ремонта. Вследствие этого применение некачественных материалов для изготовления прокладок по результату равноценно использованию дешевых прокладок сомнительного происхождения. Изготовление прокладок, таким образом, можно рассматривать только как вынужденную меру, и только для редких двигателей, для которых найти необходимую прокладку сложно или практически невозможно. Для относительно более распространенных двигателей установка дешевых "самодельных" прокладок головки блока не оправдывается из-за их пониженной надежности.
 
 
 
 
Баннер


 
Х
Отправить сообщение для
Х
Обнаружили ошибку на странице?