[CUT="Читаем и не ошибаемся"] Достаточно часто у непрофессионалов возникает вопрос - насколько велико значение элементов крепления в двигателе? Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно просто задуматься о нагрузках, которые приходится выдерживать каждому винту, болту или гайке, температуре и вибрациях. Если обратить внимание именно на интересующую нас тему - болты головки блока - то каждый такой болт в двигателе с диаметром цилиндра около 10 см и пиковым давлением в камере сгорания 7500 кПа испытывает на полном газу нагрузку на разрыв в пределах 5000 кг, а иногда и выше.
Для надежного уплотнения головка блока должна прижимать прокладку к разъему блока с силой, в три раза превышающей силу давления в камере сгорания. В результате на болты, обеспечивающие фиксацию участка головки блока около одного цилиндра, выпадает нагрузка свыше 18 тонн. Четыре болта на один цилиндр означает 4,5 тонны на каждый из них, 5 болтов - 3,6 тонны, 6 болтов -3 тонны. Согласитесь, совсем не малая цифра. Форсированные и дизельные двигатели имеют еще большую пиковую нагрузку. И, соответственно, болтам приходится выдерживать еще большее давление.
Болты головки блока в действительности один из наиболее важных компонентов крепления в двигателе. Поэтому крайне важно, чтобы все болты были в абсолютно безукоризненном состоянии.
Растягивающиеся болты и сила стяжки
Несмотря на кажущуюся простоту, болт головки блока далеко не примитивный кусок металла с резьбой. Растягивающиеся болты уже давно стали стандартом в автомобилестроении. Металл такого болта растягивается, словно резина и обеспечивает необходимую для уплотнения эластичность.
При затяжке болта головки блока сопротивление возникает сразу по нескольким векторам: трение резьбы болта и блока, упругость прокладки и головки, трение шляпки болта о поверхность головки. Всего 90% момента затяжки. Оставшиеся 10% - растяжение самого болта.
Одна из наиболее распространенных погрешностей, возникающее при работе с динамометрическим ключом состоит в том, что на динамометр ключа отображается момент закручивания болта, а не сила, с которой болт прижимает головку к блоку. Безусловно, обе эти величины находятся в прямопропорциональной зависимости одна от другой, но уже описанные выше факторы (сила трения резьбы и шляпки болта о головку) могут существенно исказить реальную картину.
Тем не менее резьба болта действует по принципу домкрата, многократно увеличивая момент затяжки (до 100 раз).
Длина растягивающегося болта увеличивается в результате затяжки на 0,15-0,25 мм в зависимости от длины самого болта. При разогреве двигателя до его рабочей температуры длина болтов еще более увеличивается как минимум еще на 0,125 мм. Не следует забывать, что коэффициент теплового расширения алюминия почти в два раза выше аналогичного коэффициента чугуна.
Максимум силы сжатия достигается при затяжке болта до его точки текучести. После этой точки болт уже не может растягиваться без деформации.
Подобно резиновой ленте, растягивающийся болт растягивается при наложении нагрузки и возвращается к своим прежним размерам при снятии нагрузки. Однако если растяжение слишком велико, болт не вернется к своим прежним размерам или в худшем случае "порвется". Постоянная деформация болта может возникнуть как в районе резьбы болта, так и на участке между резьбой и шляпкой. При осмотре болта после демонтажа двигателя необходимо промерять его диаметр на всех участках. Если в верхней части резьбы или же на участке между резьбой и шляпкой наблюдается образование "шейки", болт подлежит обязательной замене. Повторное использование деформированного болта чревато его обрывом или в лучшем случае недостаточным моментом силы сжатия, следствием чего будут течи прокладки головки блока и т.д. При разработке нового двигателя конструкторы большую долю внимания уделяют болтам головки блока, их диаметру и правильному моменту затяжки для достижения оптимальной силы сжатия головки и блока. При этом используется как уже наработанный опыт, так и испытания.
Затяжка до точки текучести
Термин Torque-To-Yield (TTY) часто используется для описания особого типа болтов, используемого в некоторых двигателях. Этот тип болтов также должен деформироваться - но конторолированно! - в процессе затяжки. Так же как и обычные растягивающиеся болты, этот тип при приложении незначительных нагрузок способен сокращаться и принимать прежние размеры, но при достижении предела текучести деформация становится необратимой. Именно поэтому повторного использования болтов TTY не предусматривается.
Возникает вопрос, зачем нужно растягивать болты? Как показали исследования, максимальное уплотнение достигается при равномерном давлении всех болтов головки. Затяжка нерастягивающихся болтов с одним моментом силы не обеспечит такой равномерности по причине различной силы трения резьбы. Поскольку предел текучести всех болтов одинаков, использование их гарантирует равномерное сжатие прокладки и, соответственно, абсолютное уплотнение, долговечность прокладки, отсутствие потерь мощности в результате прорыва газов и т.д.
Обычно болты TTY используются в двигателях с алюминиевыми головками блоков, имеющих большой коэффициент теплового расширения, а также в двигателях с многослойными металлическими прокладками.
Многослойные металлические прокладки практически не сжимаются в отличие стандартных прокладок и не требуют столь значительной силы сжатия. Однако они требуют очень низкой шероховатости поверхности разъема, а также равномерности затяжки всех болтов. Именно поэтому в двигателях с многослойными металлическими прокладками практически всегда используются TTY-болты. Как можно отличить болты TTY от ординарных болтов головки блока цилиндров? Обычно болты, затягиваемые до предела текучести, имеют меньший диаметр и большую длину. Кроме этого производители прилагают к коробке болтов инструкцию по их затяжки и по последовательности действий можно определить, обычные болты перед Вами или растягивающиеся. Болты TTY затягиваются не до определенного значения момента, а до четко указанного градуса.
Процедура затяжки болта TTY включает в себя затяжку до определенного момента силы, а затем дополнительный подворот на указанное производителем количество градусов (обычно от 45 до 90). Подворот необходим именно для достижения предела текучести.
Секреты затяжки
Как уже было сказано выше, величина момента затяжки варьируется в зависимости от сопротивления силы трения при закручивании болта. Таким образом при снижении силы трения автоматически должен снижаться момент затяжки. При равном моменте затяжки болт, сопротивление силы трения при закручивании в блок которого меньше, будет сжимать прокладку сильнее. Перед установкой головки блока резьбу отверстий под болты, а также резьбу самих болтов необходимо смазать невязким машинным маслом (10W-30, например).
Другие смазочные материалы: графитовая смазка, солидол и даже обычный пчелиный воск - также снижают силу трения, но не так хорошо как моторное масло. Некоторые эксперты оценивают разницу в силе затяжке при использовании моторного масла и альтернативных вариантов в 20%. Часто болты, предлагаемые на вторичном автомобильном рынке поставляются в комплекте со специальным лубрикантом, специально разработанным для этой цели.
Те же самые рекомендации касаются болтов головок блока в двигателях с открытой рубашкой охлаждения. Резьбы таких болтов должна быть покрыта слоем герметика, предотвращающего течь системы охлаждения и выполняющего в данном случае функцию смазки. При затяжке таких болтов обязательно необходимо ориентироваться на рекомендации производителя относительно момента затяжки. Установка болтов "всухую" приведет лишь к увеличению силы трения резьбы и снижению сжатия прокладки на 25% при том же моменте затяжки.
Засоренная, деформированная резьба также может спровоцировать проблемы при затяжке. В таких условиях сила сжатия прокладки при том же моменте затяжке может быть ниже необходимых на 50%.
На сопротивление закручиванию болта влияет и то, использовался ли болт или он совсем новый. Резьба нового болта более грубая и сопротивление ее выше. Четыре-пять циклов закручивания и раскручивания может существенно снизить силу трения и увеличить силу сжатия прокладки.
Самое неприятное, что сказать, ремонтировался ли уже двигатель и сколько раз головка блока снималась и одевалась, не сможет никто. Если пробег у автомобиля относительно невелик, а сам автомобиль не самого давнего года выпуска, можно предположить, что головка блока либо не снималась вообще, либо снималась не больше одного раза. Таким образом можно рискнуть и при монтаже головки воспользоваться оригинальными болтами, предположив, что они не растягивающиеся. Автомобили же советского производства растягивающимися болтами головки блока не оснащались.
При затяжке новых болтов некоторые специалисты рекомендуют несколько раз затянуть их на 50% конечного момента затяжки и отпустить. Это обеспечит большую равномерность силы сжатия.
Точность момента затяжки
Весьма многие механики совершенно необоснованно пренебрегают проверкой точности своих динамометрических ключей. Самые простые и недорогие динамометрические ключи - несколько устаревшие модификации с угломером на рукояти.
Они достаточно надежны, но неудобны в использовании - считывание результата весьма затруднено. Гораздо более просты и удобны динамометрические ключи с циферблатным индикатором. Недостаток их состоит в первую очередь в чувствительности к падениям и ударам. Настраиваемые ключи имеют храповой механизм, начинающий проскакивать при достижении заданного момента. Эти ключи можно назвать наиболее удобными, но вместе с тем они наиболее дорогие и требуют калибровки после каждых 100 машин или 6 месяцев использования.
Рекомендации к установке
1) Убедитесь, что состояние болтов и их резьбы безукоризненно. Поврежденная или загрязненная резьбы легко исказит соотношение момента силы затяжки и силы сжатия прокладки. Обработайте резьбу болта проволочной щеткой и замените болт, если резьба имеет повреждения. В идеале болт должен закручиваться в блок руками.
Не допускается перерезать резьбу представленных на вторичном рынке болтов. Чаще всего они имеют накатанную резьбу, имеющую гораздо более высокую прочность и нарезка снизит эту прочность.
2) Засоренная и поврежденная резьба отверстия под болт в блоке настолько же негативное явление, как и засоренная и поврежденная резьба самого болта. Рекомендуется почистить резьбу метчиком. После этой процедуры необходимо прочистить отверстия проволочной щеткой. Для облегчения установки болтов можно слегка расточить на конус верхнюю часть отверстия.
3) Если отверстие под болт головки блока слепое, будьте осторожны и не перелейте масла в это отверстие. А противном случае болт не закрутится до конца.
Если же отверстие выходит в систему охлаждения, резьбу необходимо смазать пластичным герметиком для предотвращения просачивания охладителя по резьбе.
4) Поскольку болты TTY деформируются после затяжки, повторное использование их не допускается - возможны обрывы. Кроме этого растянутый болт не обеспечит необходимой силы сжатия прокладки, а это означает неизбежные течи.
5) Проверьте длину болта. Убедитесь, что длина болта соответствует указанной в спецификации. Иногда в один блок могут закручиваться болты разной длины. Попытавшись затянуть слишком короткий болт с необходимым моментом силы, можно сорвать резьбу и получить массу проблем.
Кроме этого необходимо сравнить длину всех болтов на предмет возможного растяжения. Все растянутые болты необходимо заменить по вышеуказанным причинам.
6) Под шляпки болтов при закручивании их в алюминиевые головки необходимо подставлять шайбы, позволяющие более равномерно распределять давление.
7) Шлифовка поверхности разъема уменьшает высоту головки. Убедитесь, что глубина слепых отверстий (если таковые имеются) соответствует длине болтов.
8) Перед установкой прокладки ОБЯЗАТЕЛЬНО сверьтесь со спецификацией производителя относительно величины момента затяжки. Не пытайтесь ориентироваться на прежний опыт, двигатель может иметь свою специфику.
9) Для затяжки болтов используйте только исправный и настроенный инструмент. Затягивайте болты последовательно в 3-5 подходов. Болты, растягивающиеся до предела текучести метала, затягиваются специальным инструментом с индикатором угла. Не определяйте угол на глаз!
10) В некоторых случаях болты необходимо дотянуть после прогрева двигателя, хотя это достаточно редкий случай. Включите двигатель и дайте ему прогреться в течении 10_15 минут. Затяните болты с тем же моментом, пока двигатель еще горячий. Данное правило справедливо для двигателей с чугунными головками. Если же головка блока алюминиевая - перед дозатяжкой необходимо дождаться остывания двигателя до комнатной температуры. И уж в совсем редких случаях необходимо затягивать болты трижды - второй раз после прогрева и третий после определенного пробега.
Архив журнала "Автомасер" № 12 2005 год
[/CUT]
