Блок цилиндров на первый взгляд может показаться деталью простой: чугунный корпус с цилиндрами — и только. Однако и здесь есть целый комплекс тонких нюансов: зеркало цилиндра, хон, плоскость плиты — а кривошипно-шатунный механизм добавляет к этому вкладыши, подшипники и кольца, где точность сборки измеряется десятыми долями миллиметра. Сегодня мы разберемся, кто смотрит в зеркало, куда вкладываются вкладыши и почему не стоит гнуть пальцы, а затем отдефектуем блок цилиндров дизельного двигателя Mitsubishi 4М41.

Итак, мы подошли к финишной прямой. В нашем двигателе Mitsubishi 4М41, который проехал полмиллиона километров, после ремонта головки блока цилиндров и цепного привода ГРМ осталось разобраться с кривошипно-шатунным механизмом и блоком цилиндров. К слову, именно по состоянию блока цилиндров озвучивались самые пессимистичные прогнозы — ведь такой пробег не мог не сказаться на геометрических характеристиках. Однако после полной ревизии блока этот двигатель окончательно влюбил в себя нашего мастера.

Кривошипно-шатунный механизм и блок цилиндров

Блок цилиндров — это металлическая корпусная деталь, в которой заключены элементы того самого кривошипно-шатунного механизма, благодаря которому поступательное движение поршней превращается во вращательное движение коленчатого вала. Внутри блока имеются полости, которые при работе мотора заполняются охлаждающей жидкостью — водяная рубашка. Блоки изготавливаются из чугунного или из алюминиевого сплава: сам по себе блок должен быть массивным, потому что воспринимает довольно увесистые ударные нагрузки, передаваемые от поршней. Также не стоит забывать о нагреве, последствия которого необходимо минимизировать.

Сверху блок накрывается головкой блока (ГБЦ), снизу — поддоном картера. В самом блоке располагаются гильзы, внутри которых перемещаются поршни. Внутренняя поверхность гильзы, которая непосредственно контактирует с поршнем, называется зеркалом цилиндра. В нижней части блока имеются «постели» — ложементы, в которые укладывается коленчатый вал, накрываемый крышками. При накрытии постели крышкой образуется отверстие, называемое коренной опорой коленвала.

общий-вид1

Важно, чтобы блок цилиндров был достаточно жестким, так как силы, возникающие в процессе работы, пытаются скрутить, изогнуть и разорвать блок — именно поэтому он долгие десятилетия и оставался чугунным. Тренд современности — более легкие блоки цилиндров из алюминиевого сплава, с которыми (как и с облегченными чугунными) применяют интегрированные крышки коренных опор, называемые рамкой лестничного типа.

Итак, получается следующее: в классическом исполнении (как у нас, например) каждая коренная шейка коленчатого вала накрывается отдельной крышкой коренной опоры (ее часто называют бугелем). В рамке лестничного типа все бугели объединены в одну конструкцию, похожую на лестницу — таким образом конструкторы добились значительного повышения жесткости блока цилиндров. Недостатком данного подхода можно назвать стоимость изготовления подобной детали.

Разобравшись с блоком, переходим к движущимся частям — и первыми будут поршни. Они изготавливаются из алюминиевого сплава и конструктивно имеют юбку, днище и бобышки. Юбка — это боковая часть поршня, бобышки — это приливы, в которых выполнено отверстие под поршневой палец, а днище — это плоскость, обращенная непосредственно в камеру сгорания и непосредственно воспринимающая все нагрузки в процессе сжигания топливовоздушной смеси. Интересно, что днище поршня может быть плоским, как стапель краснодеревщика, а может иметь настолько сложную форму, что понять с первого раза, что это поршень, будет тяжело.

Сложность формы поршня, если таковая имеется, тщательно просчитана в угоду улучшению смешивания топлива с воздухом (что часто встречается в бензиновых ДВС с непосредственным впрыском топлива). Если же двигатель работает на дизеле (как наш), в поршне может находиться камера сгорания, а сам он будет значительно массивней своего бензинового собрата.

Поршень устанавливается в цилиндр с определенным зазором (часто 0.2–0.3 мм), потому для его уплотнения предусмотрены поршневые кольца. На современных двигателях поршень опоясывают два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Соединяется поршень с коленчатым валом через шатун — соединительный элемент. Один его конец крепится к поршню через палец, который запрессовывается или просто вставляется и стопорится кольцами в поршне и головке шатуна. Второй конец — разборный: для закрепления на коленвале необходимо установить крышку шатуна и затянуть ее болты или гайки крепления.

И коленвал с блоком, и шатуны с коленвалом контактируют через подшипники скольжения, они же вкладыши. Для дополнительного охлаждения поршней внутри блока могут быть установлены распылители масла, направленные на поршни.

Рядная «шестерка» считается одним из самых уравновешенных двигателей (в плане колебаний). У нас же — рядная «четверка», причем внушительного объема, а потому в блоке цилиндров установлены два балансирных вала, суть работы которых сводится к уменьшению колебаний двигателя.

общий-вид2

Что может поломаться

Одни из самых уязвимых деталей двигателя — поршневые кольца: из-за нагара они могут залипнуть в буквальном смысле слова. При этом могут лопнуть сами кольца, а могут и перемычки на поршне, между которыми они установлены. Может, наконец, износиться непосредственно выборка под кольцо в поршне.

С самими поршнями потенциальных проблем меньше, но ситуацию это не облегчает. Самое простое, что может произойти — банальный износ и отклонение от номинального диаметра, полный же «трэш» — это прогорание поршня. Кроме того, возможен износ поршневого пальца и отверстий под палец в бобышках поршня.

С шатуном все еще проще: здесь есть два нюанса, которые проверяют всегда, и два, которые часто игнорируют. Первые — износ втулки малой головки шатуна и износ вкладышей шатунного подшипника, а вторые — величина изгиба и кручения шатуна. Тем не менее, как показывает практика, шатун — один из самых редко заменяемых элементов в двигателе.

Самая распространенная проблема с коленчатым валом — износ рабочих поверхностей, второе по «популярности» место занимают случаи проворота вкладышей. Случается это, когда отсутствует достаточное количество масла в месте контакта, из-за чего коленвал срывает вкладыши подшипников и начинает «весело» вращаться вместе с ними. Это по-настоящему тяжелый случай: при определенном невезении ремонт может стоить замены блока.

Износ упорных колец коленчатого вала — тоже проблема довольно неприятная, хоть и незначительная на первый взгляд. Дело здесь в том, что не выявленный вовремя дефект в будущем может привести к заклиниванию двигателя — ведь на коленвал во время работы действуют силы и в продольном направлении тоже. Достаточно сместить вал на критическое расстояние — и поршни от перекоса просто заклинит. Стоит заметить, что поломка самого «колена» тоже возможна, хоть для этого и придется постараться.

В САМОМ БЛОКЕ КОНСТРУКТИВНО ЛОМАТЬСЯ ПРАКТИЧЕСКИ НЕЧЕМУ — НО ЭТО НЕ ОЗНАЧАЕТ, ЧТО С НИМ НЕ БЫВАЕТ ПРОБЛЕМ, ОЧЕНЬ ДАЖЕ НАОБОРОТ. САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ — ИЗНОС ЦИЛИНДРОВ ИЛИ КОРОБЛЕНИЕ КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ БЛОКА С ГОЛОВКОЙ ИЗ-ЗА ПЕРЕГРЕВА. ОСОБО НЕРАДИВЫЕ АВТОВЛАДЕЛЬЦЫ, ВПРОЧЕМ, МОГУТ СЛОМАТЬ И САМ БЛОК ЦИЛИНДРОВ. ДЛЯ ЭТОГО НУЖНО ЛИШЬ ВЫПОЛНИТЬ ПАРОЧКУ НЕХИТРЫХ ОПЕРАЦИЙ: ПЕРВАЯ — ЗАЛИТЬ В СИСТЕМУ ОХЛАЖДЕНИЯ ОБЫЧНУЮ ВОДУ (МОЖНО ДИСТИЛЛИРОВАННУЮ), А ВТОРАЯ — ОСТАВИТЬ АВТОМОБИЛЬ НА УЛИЦЕ НА НОЧЬ ПРИ МИНУС 20°С.

Что измеряют при капремонте

Прежде всего, после разборки измеряют наружный диаметр поршней в строго определенной плоскости (поперек оси пальца) и на заданном расстоянии от поверхности днища поршня. Производитель может изготовлять поршни в нескольких размерах: номинальном и ремонтных — эти данные приведены в технической документации. Если поршень в «номинале» (как это оказалось у нас), проверяют биение шатуна и пальца. Профессионал может засечь неладное, что называется, на ощупь — неопытному же механику придется все-таки выпрессовать палец из поршня и шатуна. После выпрессовки необходимо измерить наружный диаметр пальца и внутренние диаметры втулки шатуна и отверстий в поршне, путем несложной математики вычислить зазор в данной сборке и принять финальное решение об утилизации или дальнейшем применении этого комплекта.

общий-вид3

Вооружившись набором плоских щупов, специалисты-механики измеряют зазор между кольцом и выборкой в поршне: если он превышен — поршень отправляется под замену. Так как мы проводим капитальный ремонт, замена колец даже не обсуждается — это само собой разумеющийся факт.

Практически закончив с подвижными элементами, переходим к блоку цилиндров, для обмера которого необходим так называемый нутромер. Это приспособление, предназначенное для измерения внутреннего диаметра с высокой точностью, которая обеспечивается индикатором часового типа. Внутренний диаметр измеряют на трех уровнях и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: это необходимо для наиболее точного понимания величины и характера износа цилиндра. Характер износа в данном случае — величина бочкообразности и овальности цилиндра. Все дело в том, что нагрузка на цилиндр неравномерна, а, следовательно, неравномерен и его износ: ближе к центру величина износа будет расти, а затем снова уменьшаться. Из-за этого цилиндр в профильном разрезе слегка «округляется» и становится похожим на бочку. В свою очередь, поршень давит на цилиндр только в одном направлении, вырабатывая поверхность и превращая ее в овальную. Повторюсь, точность при работе с блоком должна быть предельной — никаких приблизительных размеров существовать просто не может: в технической документации обязательно есть цифры предельно допустимой бочкообразности и овальности цилиндров.

В конце концов, ревизии подвергается и коленчатый вал. У него измеряют диаметры коренных и шатунных шеек и, при необходимости, шлифуют до следующего ремонтного размера, если таковой предусмотрен. При помощи известного нам нутромера измеряются диаметры отверстий коренных опор (с установленными вкладышами, конечно). Затем, имея наружный диаметр шеек и внутренний диаметр опор, определяют масляный зазор: если он превышает допустимый, вкладыши отправляются под замену, а коленвал — на шлифовку. Кроме того, выше мы упоминали об осевом люфте коленвала — разумеется, при дефектовке измеряют и его, и если люфт завышен, заменяют упорные кольца коленвала.

общий-вид5

Как ремонтируется блок

Если состояние цилиндров совсем не позволяет продолжить эксплуатацию блока, его отправляют на расточку цилиндров до следующего ремонтного размера. Бывает, что производитель не предоставляет такой роскоши, тогда блок «гильзуют» — восстанавливают гильзованием. Как несложно догадаться, в этом случае существующую гильзу значительно растачивают и впрессовывают в нее еще одну гильзу с внутренним диаметром номинального размера. Однако это решение — уже не очень надежное, и некоторые мастера предсказывают такому двигателю не более 50 тысяч километров потенциального пробега.

общий-вид4

Если же блок растачивают, то, разумеется, и поршни с кольцами подбирают соответствующего размера. Шлифовка шеек коленчатого вала уменьшает их размер — а значит, и для них необходимо подобрать вкладыши следующего ремонтного размера. Работу облегчает то, что в техдокументации обычно присутствует размерная сетка подбора вкладышей.

Перед установкой поршней зеркало цилиндра подвергают хонингованию. Это процесс, который не изменяет размера цилиндра, но благодаря которому значительно уменьшается износ трущихся поверхностей. Хонингование — это нанесение небольших рисок на поверхность цилиндра с помощью специальных камней. Необходимо это для того, чтобы на поверхности цилиндра задерживалось моторное масло, увеличивая тем самым ресурс поршневой группы.

Ремонта блока цилиндров двигателя Mitsubishi 4М41

В нашем конкретном случае обошлось без сложных или интересных особенностей ремонта, так как замеры поршней, цилиндров и шеек коленчатого вала показали номинальные размеры.

МНЕНИЯ НАШИ РАЗДЕЛИЛИСЬ ДИАМЕТРАЛЬНО: Я НЕМНОГО РАССТРОИЛСЯ, ХОЗЯИН АВТОМОБИЛЯ — ПОВЕСЕЛЕЛ, А МАСТЕР… ЕМУ БЫЛО ВСЕ РАВНО. ТЕМ НЕ МЕНЕЕ, ВСЕ МЫ ОЧЕРЕДНОЙ РАЗ ПОДИВИЛИСЬ СТОЙКОСТИ ДАННОГО МОТОРА.

Перед разборкой блока и цилиндропоршневой группы мы сняли масляный поддон — и приступили к основной работе. Она свелась к извлечению поршней с шатунами из блока цилиндров. На всякий случай мы отметили номерами каждый поршень в соответствии с номером цилиндра.

После обмера поршней и цилиндров мы пришли к выводу, что коленчатый вал снимать смысла нет, так как биение отсутствует. Кольца все же заменили — да и то только потому, что они были предусмотрительно приобретены владельцем.

8

Дефекты же в разобранном нами моторе просто отсутствовали: никаких чрезмерных люфтов в сборке шатун-поршень, никаких задиров на шатунных вкладышах… Закончив дефектовку, мы в очередной раз убедились, что дорогое масло себя окупило.

3

4
После измерения коробления поверхности блока цилиндров мастер со словами «Ну хоть что-то же надо с ним сделать?!», отправил его на хонинговку цилиндров, а все прочие элементы — на тщательную мойку. После этого начался процесс сборки КШМ (кривошипно-шатунного механизма).

29

9

11

В шатуны и их крышки были установлены новые вкладыши, на поршни установили новые кольца.

Компрессионные кольца необходимо устанавливать в строго определенном направлении, и касается это абсолютно всех двигателей, а потому, чтобы не перепутать их, на поверхности кольца нанесены метки: надпись «ТОР» или иная.

17

Особенности установки поршневых колец на этом не заканчиваются. Поршневые кольца имеют разрез — ведь, во-первых, кольцо все-таки надо как-то установить на поршень, а во-вторых, компенсировать его тепловое расширение. Разрез этот называется замком кольца. Так вот, при установке колец их замки необходимо развести в разные стороны, чтобы минимизировать прорыв газов.

После выполнения всех вышеперечисленных операций мы нанесли на цилиндры свежее масло, установили на поршень специальное приспособление для обжима колец, четко сориентировали поршень относительно коленвала и блока, и легкими ударами рукояткой молотка установили шатунно-поршневую группу в блок.

25

Если бы мы разбирали шатунно-поршневую группу, то при ее сборке пришлось бы следить за правильной установкой шатуна относительно поршня — в противном случае может возникнуть чрезмерный износ шатунных шеек коленвала. Нельзя изменять и расположение поршня в цилиндре: это очень важно, так как ось пальца самую малость не совпадает с осью поршня. Если нарушить установку, со временем в двигателе может возникнуть стук. Установив все поршни в блок цилиндров, мы подвели шатуны к шейкам коленчатого вала, установили крышки шатунов и затянули гайки их крепления с определенным моментом затяжки.

26

Отдельно остановлюсь на подборе прокладки головки блока цилиндров: у всех современных дизельных двигателей необходимо подбирать прокладку ГБЦ по толщине. Толщина эта будет зависеть от величины выступания поршня над поверхностью блока цилиндров. Так, после сборки КШМ каждый из поршней поочередно выводят в ВМТ и с помощью индикатора часового типа на стойке измеряют выступание поршня. Замер выполняют в двух противоположных точках поршня, потом вычисляют среднее арифметическое и в зависимости от высоты выступания подбирают толщину прокладки. Это — весьма важный момент, не уделив должного внимания которому можно поплатиться скорым прогоранием прокладки.

После установки всех и вся в блок цилиндров, мы накрыли его снизу масляным поддоном, предварительно тщательно очистив оный, промыв и высушив. Непосредственно перед установкой поддона на его поверхность нанесли специальный герметик и в течение 15 минут после нанесения установили поддон на блок, затянув болты крепления с необходимым моментом затяжки.

28

Ремонт завершен!

На этом ремонт нашего мотора был завершен — пожалуй, нам удалось описать его в мельчайших подробностях. Вместо вывода можно было бы составить оду моторному маслу, но мы ограничимся малым, сказав очевидное: следите за тем, что льете в системы двигателя. Это, разумеется, не решит абсолютно всех потенциальных проблем вроде перегрева или перегрузки, но определенно поможет мотору прожить более долгую и счастливую жизнь.

Источник