Расточка цилиндров

Расточка цилиндров

Гильзы цилиндров должны располагаться под углом 90° по отношению к центральной оси коленвала (то есть поперек двигателя), чтобы сократить потери на трение и обеспечить необходимое уплотнение поршневых колец. Если гильза цилиндра слегка наклонена вперед или назад, поршневой палец будет расплющиваться, поэтому проверку также необходимо выполнить вдоль (то есть под углом 180°). От верхней части гильзы до дна не должно быть резких переходов или скосов (рис. 19.1).

Рис. 19.1. Цилиндры должны быть расположены в блоке цилиндров должным образом.

Расточка и хонингование цилиндров должны выполняться с использованием высокоточного оборудования, способного выдерживать припуски до 0,008 мм. Забудьте о мастерских, в которых используются небольшие станки для расточки, которые крепятся болтами к блоку цилиндров, так как припуски у них могут быть очень большими – до 0,05 мм.

В двигателях для уличных гонок механик устанавливает расточную оправку в центре гильзы цилиндра. Однако нет никаких гарантий, что центр существующей гильзы цилиндра установлен правильно по отношению к кривошипам коленвала или камерам сгорания в головке блока цилиндров. Поэтому в гоночных двигателях я предпочитаю использовать поверочную пластину, закрепленную болтами на блоке цилиндров, чтобы точно определить центр гильзы. Так все цилиндры будут отцентрованы относительно кривошипов коленвала, и это также значит, что головку блока цилиндров можно будет заменять с уверенностью в том, что камеры сгорания будут устанавливаться должным образом на цилиндры.

При выполнении расточки цилиндров гоночного автомобиля я предпочитаю удалять не более 0,25 мм металла при каждом подходе. В двигателях легковых автомобилей, предназначенных для использования в условиях городского движения, это значение можно увеличить до 0,38–0,50 мм. Поэтому, если увеличить объем на 0,8–1,0 мм можно за один подход в легковом автомобиле, в двигателях гоночных автомобилей я предпочитаю выполнять два подхода. Это стоит дороже, так как затрачивается больше времени, но затем хонингование гильз цилиндров будет проще выполнить точно, так как следы от расточки не будут столь глубокими.

Требования к толщине стенок цилиндров

Существуют определенные ограничения относительно расточки стенок цилиндров. Если стенки цилиндров станут слишком тонкими, они будут повреждены под воздействием высокого давления и температуры, пропуская газы через поршневые кольца. Другой проблемой, о которой нечасто говорят, будет то, что при высокой мощности щеки кривошипа коренных подшипников будут отламываться от нижней части цилиндров.

Обычно мы хотим расточить цилиндры, чтобы устранить несовершенства заводской обработки или с целью восстановления изношенного цилиндра, при этом мы не стремимся увеличить объем цилиндра. Запомните: мы не сможем использовать преимущества увеличения объема цилиндров, если это приведет к деформации цилиндра и блока цилиндров. Оба условия станут причиной снижения мощности и возникновения проблем с прочностью двигателя.

Мне кажется, что многие люди не понимают, насколько тонкими являются стенки цилиндров даже в заводских двигателях, которые не подвергались расточке. В наши дни в чугунных блоках цилиндров толщина стенок цилиндров может составлять всего от 2,8 до 3,6 мм при обработке под стандартный диаметр. Однако во время литья литейная форма может легко сместиться на 1 мм. Это означает, что толщина стенок может уменьшиться до 1,8–2,5 мм, а мы ведь сейчас не говорим о высококлассном сплаве стали. Некоторые производители используют обычный «ковкий» чугун при изготовлении блоков цилиндров. Конечно же, в современных гоночных двигателях, производящих около 120–160 л.с. на цилиндр, такие тонкие стенки при неправильном выполнении расточки либо растрескаются (в лучшем случае), либо сократят мощность двигателя из-за ухудшения герметичности поршневых колец.

Обычно, чтобы получить необходимую герметичность поршневых колец, толщина стенок цилиндров должна составлять как минимум 2,4–2,7 мм для двигателя мощностью 65–70 л.с. на цилиндр. Это наиболее важно для верхней половины хода, так как именно на этом участке необходима хорошая герметичность, чтобы сначала создать компрессию, а затем, после зажигания, сохранить давление в цилиндре и опустить поршень вниз, создавая мощность. Ближе к нижней части цилиндров мы можем уменьшить толщину стенок примерно на 0,5 мм, но в таком случае стоит обдумать еще некоторые факторы, например рабочую частоту вращения, ход коленвала, прочность коренных подшипников, а также возможность возникновения детонации.

По мере увеличения мощности возрастает необходимость в использовании цилиндров с более плотными стенками. При мощности 75 л.с. на цилиндр минимальная толщина стенок цилиндров составит 2,8–3,3 мм, при мощности 85 л.с. на цилиндр это значение возрастет до 3,8–4,5 мм, апри мощности более 100 л.с. на цилиндр значение составит от 5,6 до 6,4 мм. Последние два значения для двигателей мощностью 85 и 100 л.с. могут показаться слишком большими, однако, если вы хотите добиться хорошей герметичности, а также увеличить срок службы компонентов до 8000 км при частоте вращения 8500 об/мин, именно такая толщина стенок цилиндров будет оптимальной. Я знаю несколько гоночных команд, которые используют цилиндры со стенками меньшей толщины, но я также знаю, что они меняют блоки цилиндров после пробега в 500 км. Учитывая объем работ, количество времени, а также финансовые затраты для создания гоночного двигателя, в этом просто нет смысла.

Как измерить толщину стенки цилиндра

Проверка толщины стенок цилиндра и перекоса стержня требует большого количества времени и усилий. Однако благодаря этому мощность двигателя возрастет, а вы не будете тратить деньги на изготовление блока цилиндров с «тонкими» стенками, который вам придется выбросить после нескольких заездов. Я видел, как некоторые используют довольно странные методы для определения толщины стенок блока цилиндров. Многие просто считают, что достаточно измерить промежутки между соседними цилиндрами. Затем при извлечении сферических заглушек они используют плоские щупы, чтобы измерить толщину рубашки охлаждения между этими цилиндрами, и только после этого рассчитывают толщину стенок цилиндров. К сожалению, они забывают, что перекос стержня делает эти измерения неточными.

Некоторые гоночные команды полагаются на ультразвуковую проверку, чтобы получить относительно точную информацию о толщине металла. Самое главное в таком случае то, что оператор должен быть предельно внимательным и обладать достаточной квалификацией. Кроме того, ультразвуковая проверка не покажет пористых участков и участков металлов с примесями. К тому же в действительности толщина металла может быть на 0,5 мм меньше, чем покажут результаты проверки.

Поэтому наряду с ультразвуковой проверкой важно выполнить проверку на наличие трещин под давлением, которая описывалась ранее, а также рекомендуется измерить блок цилиндров при помощи простейших измерительных приборов. Именно это делали конструкторы гоночных двигателей, пока в свободной продаже не появились относительно дешевые ультразвуковые тестеры. Вам понадобится штангенциркуль икомплект длинных захватов. Один захват должен иметь определенную форму и подходящие размеры, чтобы можно было установить его вотверстия рубашки охлаждения на контактной поверхности блока цилиндров. Я видел, как некоторые разрезали пару стенкомеров для внешних измерений 150 и 200 мм и приваривали их ножки к захватам их штангенциркуля. Но я считаю, что ножки стенкономера слишком изогнуты, чтобы войти в каналы рубашки охлаждения.

Я предпочитаю использовать две пары стенкомеров с нутромером и для внешних измерений, предварительно разрезав их. Затем я привинчиваю одну ножку стенкомера для внешних измерений, расположив ее в нужном направлении, к одному захвату штангенциркуля. После этого япереворачиваю одну ножку стенкомера с нутромером и закрепляю ее болтом на другом захвате штангенциркуля. После незначительной шлифовки эта ножка будет проходить в отверстие рубашки охлаждения. Закрепив при помощи болтов крепления эти ножки, вместо того чтобы приваривать их, вы сможете в любое время снять их и поменять местами или отшлифовать, чтобы они могли быть установлены в отверстия рубашки охлаждения.

Упрочнение блоков цилиндров, которые имеют общие каналы охлаждения с головкой блока цилиндров

В некоторых двигателях проблемы могут быть не только в ширине стенок цилиндров. Иногда, например в типах конструкции, где блок цилиндров имеет общие каналы охлаждения с головкой блока цилиндров, верхняя часть цилиндра не будет поддерживаться и лишь слегка прижиматься верхней частью блока. При низких уровнях мощности проблем возникнуть не должно, однако по мере увеличения частоты вращения и мощности происходит упругая деформация блока цилиндров. В случае с малолитражными двигателями Honda можно использовать защитную проставку, которая устанавливается в рубашку охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока, чтобы упрочнить двигатель. Иногда решение проблемы может быть более радикальным и дорогостоящим. В некоторых автомобилях Subaru устанавливается блок цилиндров с общими каналами охлаждения сголовкой блока цилиндров. Чтобы разделить эти каналы, потребуется выполнить значительный объем работ. В двигателе K-серии Rover 1800 есть другая проблема. Даже до установки оборудования для создания наддува в двигателе могут раскалываться гильзы цилиндров, когда мощность будет приближаться к значению 200 л.с. В таком случае необходимо использовать стальную муфту на внешней части гильзы, ближе к верхней части.

В цилиндре, в котором хонингование было выполнено должным образом, мы получим четкий сетчатый рисунок без волн и засечек от использования напильника.