В процессе эволюции двигателей внутреннего сгорания за последние двадцать лет наибольшим изменениям подверглись две системы. Это электронная система управления двигателем, и головка блока цилиндров. В головке блока цилиндров катастрофически увеличилось количество клапанов. ГБЦ и ранее была достаточно тонкостенной ажурной отливкой, в которой сочеталось несочетаемое — холодный впускной канал и горячий, раскаленный выпускной канал. Лёд и пламя одновременно. Охлаждающая жидкость, в полости рубашки охлаждения, имеет температуру 90-110 градусов, а температура в камере сгорания запросто заваливает за значения выше тысячи градусов. В выпускном канале температура 800 — 900 градусов.
Материалы для изготовления ГБЦ
И вот в этих нечеловеческих условиях существует тоненькая корпусная деталь, которая раньше часто исполнялась из чугуна — достаточно терпеливого и крепкого материала. Сейчас чугунные головки редкость, в основном встречаются на больших моторах Industrial и Marine Application, и на грузовой технике.
Большая часть головок блока это лёгкий алюминиевый сплав. Причём сплав, в котором присутствует не просто алюминий и кремний, а масса дополнительных элементов. Так вот, тонкостенное, ажурное, геометрически сложное и термически и механически нагруженное изделие.
ГБЦ воспринимает все усилия от давления в камере сгорания, монтажные усилия от болтов крепления головки к блоку и усилия от работы газораспределительного механизма.
В головке блока вращаются распределительные валы и все силы, приходящиеся на механизм газораспределения, воспринимаются головкой блока как корпусной деталью.
Там где есть вращение, относительное перемещения деталей, есть износ. В силу чего, ГБЦ еще и изнашивается по поверхностям трения — опорам распредвалов. Износ в клапанном механизме, в направляющих клапанов, колодцев толкателей и непосредственно клапанных седе мы рассмотрим в другой главе. В этой же головке блока куча масляных каналов, что создает дополнительные напряжения и увеличивает градиент температуры в материале головки.
16-клапанный двигатель на «семёрку»
На ВАЗ 2107 с завода устанавливается 8-клапанный силовой агрегат. Разумеется, одним из самых простых способов тюнинга можно считать замену на 16-клапанный двигатель. Традиционно выбирается двигатель от ВАЗ 2112, так как он практически идентичен по габаритам мотору с ВАЗ 2107 и отвечает всем требованиям мощности и экономичности.
Двигатель от 2112 подходит для «семёрки» по всем параметрам
Установка 16-клапанного мотора на «семёрку» проводится по следующему алгоритму:
- Подготовить мотор к установке. Для этого нужно снять маховик и обточить венец с внутренней стороны. Обточка необходима для того, чтобы детали стартера более легко соединились со сцеплением маховика. Помимо обточки потребуется заменить подшипник первичного вала на подшипник от 2112, иначе новый двигатель просто не войдёт в место посадки.
- Установить подушку двигателя. Оптимальный вариант подушки — от автомобиля «Нива», так как он выдерживает большие нагрузки. На подушки положить несколько толстых шайб, чтобы поднять двигатель чуть выше.
- Установить и зафиксировать сам двигатель. Он легко входит в новое посадочное гнездо, необходимо лишь тщательно зафиксировать его болтами и гайками по всему периметру посадки.
- Закрепить стартер, используя новые болты и гаечные ключи.
- Установить МКПП. Можно использовать старую коробку, уже стоявшую на ВАЗ 2107. Рекомендуется заранее проверить уровень масла в ней и убедиться в надёжности фиксации КПП.
- Протащить тросик сцепления и подсоединить его к дроссельной заслонке.
- Произвести подключение электрики и навесного оборудования.
Видео: порядок установки
16-клапанный двигатель вместо 8-клапанного — оптимальный вариант для тех водителей, которые хотят чувствовать быструю отдачу от своих действий во время езды, оптимизировать мощности мотора и ресурс всего автомобиля в целом.
Таким образом, любой вид тюнинга двигателя ВАЗ 2107 способен превратить машину в более скоростную и выносливую модель. Однако при выполнении любого вида работ следует придерживаться регламента и техники безопасности, в ином случае лучше обратиться к опытным специалистам.
Износ головки блока цилиндров
В результате работы в этих сложных условиях любая литая деталь имеет полное моральное и физическое право нет, не просто износиться, а ещё и деформироваться. Как только вы разобрали мотор, накопленное напряжение, термические и механические, живущее в этой головке блока, реализуется в деформации. Эти деформации глазом не видно, но когда вы начинаете проверять плоскость головки блока при помощи хотя бы простой поверочной линейки и комплекта чупов или фонариком на просвет, то весьма вероятно обнаружите, что привалочная плоскость перестала быть плоскостью. Она становится сложной геометрической пространственной поверхностью.
Если при последующей сборке эту сложную геометрическую поверхность попробовать притянуть к блоку повторно, то весьма велика вероятность, что притянется она не по всей поверхности, а только по выступающим пятнам. Обеспечить равномерный прижим прокладки ГБЦ и гарантировать герметичность газового стыка, полости рубашки охлаждения и масляных каналов такая головка блока не может.
То есть, ГБЦ в дальнейшем использована не может быть использована без дополнительной механической обработки.
Итак, то что головка на взгляд визуально выглядит ровненько и красивенько, это увы ни о чём не говорит. Самым простым и доступным прибором для контроля плоскости головки блока является поверочная линейка, плюс щуп или плюс фонарик, для проверки «на просвет».
Для более подробного исследования можно головку можно установить на стол шлифовального либо фрезерного станка и индикатором промерить, а где у нас плоскость, и плоскость ли — это вообще. Может быть это уже некий рельеф, плоскогорье.
Примерные цены
Автомастера, работающие в СТО России, шлифуют ГБЦ за 350-1000 рублей за один цилиндр. Для иномарок цена услуги составляет 550-1000 рублей, а для отечественных машин – 350-800 рублей.
Примерный прайс популярных автосервисов страны приведен в таблице ниже.
| Название автосервиса | Город нахождения компании | Цена шлифовки в рублях за 1 цилиндр |
| Агрегат | Балашиха | 400-600 |
| Мотор-М | Москва | 440-500 |
| Точная работа | Санкт-Петербург | 350-400 |
| Парус | Екатеринбург | 350-400 |
| Авторесурс | Санкт-Петербург | 360-800 |
| Интер-Авто | Саратов | 600-1000 |
Частные мастера проводят шлифовальные работы по более дешевой цене: 300 рублей за цилиндр.
Что ещё может произойти с головкой блока цилиндров?
Головка находится в весьма агрессивной среде. В камере сгорания сгорает топливо, в рубашке охлаждения интенсивно циркулирует охлаждающая жидкость, которая тоже не вода. Эта жидкость имеет либо слабощелочную, либо слабокислотную среду, при определенных условиях перегрева, или ошибки в подборе охлаждающей жидкости, или попадания в ОЖ топлива или продуктов сгорания может возникать химическая коррозия материала головки блока.
При определенных условиях, в результате вибраций или нарушения циркуляции ОЖ возможно появление кавитации в рубашке охлаждения, с последующим повреждением материала головки блока. Головка блока в по краям камеры сгорания может получить повреждения при нарушении режима сгорания топлива, неисправностях топливной аппаратуры, приводящих к местному перегреву или детонации
Современная ГБЦ деталь дорогая. Заменять на новую, не всегда посильно для заказчика, и не всегда разумно с точки зрения грамотного моториста. Есть прямой экономический и технический смысл ГБЦ ремонтировать. Как поврежденную плоскость можно восстановить? Разделать под сварку, заварить, только очень аккуратно, потому что на тонкостенном изделии зона термического воздействия шва создаёт дополнительное напряжение, а после того как вы следы кавитации, детонации или химической коррозии заварили, обрабатывать головку по плоскости.
Подготовительные работы
Первое, что следует сделать – это снять воздушный фильтр. Для тех, у кого ВАЗ карбюраторный, процесс не отличается сложностью. С инжекторными моделями придется повозиться чуть дольше.
Чтобы получить доступ к ГБЦ, надо полностью размонтировать часть топливной системы, расположенную в подкапотном пространстве.
Карбюратор лучше убрать полностью, поскольку снятие головки цилиндров с ним – довольно трудоемкая процедура, вследствие которой один из узлов часто повреждается.
После этого отвинчивают гайку, удерживающую трамблер – его с кабелями убирают. Иногда крепежный элемент не поддается. Его затяжку нетрудно сорвать, обработав крепеж WD-40 и оставив на пару минут в покое.
На этом моменте разборку прекращают, так как нужно слить охлаждающую жидкость – подставьте под штуцер, располагающийся на днище, емкость и отверните его заглушку
После этого медленно (это важно) выкрутите крышку из распределительного бачка
Когда тосол выльется, приступайте к демонтажу кожуха ГБЦ. Используйте для этого торцовый ключ. Отвернутые гайки и пружинные шайбы сложите в коробочку, чтобы не растерять.
Теперь остается снять головку и установить новую прокладку. Задерживаться на этом моменте не будем – здесь нет ничего сложного.
Обработка плоскости головки блока цилиндров
Итак, основных причин для того, чтобы головку обработать по плоскости, ну скажем так три.
Первое, это деформация головки в процессе её работы в результате накопления внутренних механических и термических напряжений.
Второе, это нарушение поверхности головки в зоне камеры сгорания, в результате неправильного горения топлива, местного перегрева или детонации.
И третье, это разрушение материала головки блока в зоне соприкосновения с охлаждающей жидкостью в результате химической реакции, либо кавитации.
Две причины из трёх лечатся при помощи сварки, и последующей обработки плоскости. Первая причина — деформация, требует просто обработки плоскости.
Какие существуют способы обработки плоскости?
Существует дедовский способ, когда берется притирочная плита, на неё наносится абразивный порошок, смешанный с моторным маслом, и человек физической силой изображает фрезерный станок, совершая головкой блока по притирочной плите движения, напоминающие восьмёрку. Фитнес тот ещё, плечи болят, притереть головку по плоскости, это работа на полный рабочий день. Плюс к этому мы не можем быть уверены, что притёртая поверхность является плоскостью, потому что руки, это всё-таки руки. Двигая головку мы распределяем усилия не равномерно. Да и плита по мере выработки становится не совсем идеальной плоскостью, она может стать седлом, ямой, чем угодно. То есть притирая кривую головку по кривой плите мы получаем не совсем «плоскую плоскость». Но это дедовский способ, сейчас он почти не используется. Подобный Сизифов труд пригоден для наглядного, тактильного пояснения ученикам моториста, что такое восстановление плоскостности или как способ «наложения взыскания» на нерадивого студента и обьяснения «не через голову, так через руки». На мне мои наставники такой способ подачи материала пробовали. Поверьте – чудо как проясняет сознание и стимулирует техническое мышление.
Второй тоже относительно варварский способ, это когда головку обрабатывают на примитивном станочке с движущейся лентой из наждачной бумаги на тканевой основе. “За неимением гербовой, пишут и на простой”. Такой способ условно пригоден. Использовать его тоже иногда возможно, но следует иметь ввиду, что подобный метод обработки, также как и ручная притирка, «завалит» вам края головки. То есть съём по периферии будет больше, чем съём по центру. Так получается, потому что головка лежит под собственным весом, плюс усилие ваших рук, вы ее четко не фиксируете она у вас при движении по скользящей ленте обязательно наклоняется к краям. Соответственно с краёв абразивное полотно снимет больше, чем с середины. Иногда, в колхозных условиях и это может быть не лучшим, но допустимым решением проблемы.
Правильное решение проблемы
Как всегда — правильный станок. Существуют специализированные фрезерные станки с большим ходом стола, с большой жесткостью и стола, и пиноли, который позволяет обрабатывать головки блока больших размеров без нарушения геометрии. В «Механике» мы такие станки используем в основном итальянского производства. Станки компании Berco, станки компании AZ, иногда станки компании Comec. Это три богатыря, которые позволяют нам качественно обрабатывать головки блока.
Здесь обработка происходит радиусным твердосплавным резцом, соответственно точка резца, вращающаяся в плоскости, параллельной движению стола геометрически формирует «идеальную плоскость». На практике так оно примерно и есть.
Какие есть подводные камни при обработке плоскости ГБЦ?
Если вы используете не специализированный, а универсальный фрезерный станок, то у многих типов фрезерных станков при больших ходах стола(когда вы стол гоняете от крайней левой точки до крайней правой), при износе, при появлении зазоров в направляющих может проявляться такой дефект как заваливание стола. Стол под собственным весом (а весит он, поверьте, не мало), немножко кренится в левую сторону в крайних положениях хода стола. Соответственно, плоскость становится не совсем плоскостью, а некой дугой. Если эта дуга укладывается в пару тройку соток, ничего страшного с этим нет. Монтажные деформации всё равно будут существенно больше и эта пара тройка соток ни на что не повлияет, что говорит о том, что использовать универсальные фрезерные станки вполне возможно. Однако, если станок старенький, направляющие болтаются, то эта пара тройка соток может вырасти до полутора двух десяток, а вот это уже никуда не годится. По этой причине проверять головку блока и следить за качеством оборудования нужно очень и очень внимательно. Не каждый фрезерный станок создаст плоскость. Выглядеть он может идеально, но при прокатке индикатором, вы увидите, что плоскость-то у нас не плоская. Вот такая вот засада, мужики.
Что ещё тут может быть?
Если станочник обладает могучими руками, а любой станочник обладает могучими руками, кистевые, плечевые, мышцы у станочника, такие, что тяжелоатлет позавидует. Так вот этот светлый человек может так установить головку на стол и так её притянуть, что усилия прижима головки к столу фрезерного станка её просто деформируют. Если бедную ГБЦ, в этом скрюченном состоянии фрезеровщик добросовестно отфрезерует, и как только станочник ослабит могучие крепёжные болты и головка освободится, она вернётся в своё исходное положение. Секунду назад была плоскость, крепежное напряжение ушло, и вот мы получили некую сложную геометрическую фигуру. Поэтому принцип сила есть — ума не надо к тонким операциям, в частности к фрезеровке головки блока, применим быть не может.
Теперь давайте коснемся тонкостей ремонта ГБЦ
Во многих дизельных головках блока используется такой конструктивный элемент как форкамеры. Форкамеры могут быть из каленой стали. Форкамеры могут быть из порошкового спеченного материала, то есть практически металлокерамика. Твердость такого материала существенно выше, чем твердость основного металла головки. Обрабатывать форкамеры и плоскость головки блока естественно приходится одновременно. Нет возможности удалить форкамеры, обработать, а потом поставить на место. В большинстве случаев, за редким исключением, такой возможности нет.
Значит нужно искать технологию, которая позволяет обрабатывать и твёрдый, и мягкий металл одновременно. Чаще всего это шлифовка, обычная плоская шлифовка. Когда ось вращения шлифовального круга расположена параллельно оси перемещения стола вместе с изделием. Так достигается высокая скорость относительного перемещения инструмента и малые усилия резанья.
Важным является подобрать правильную зернистость и твёрдость связующего шлифовального круга. И еще и правильную СОЖ(смазывающую охлаждающую жидкость). Почему? Потому что головка может быть из алюминиевого сплава, форкамеры могут быть из металлокерамики, и обрабатывающий инструмент, шлифовальный круг, должен быть некоторым уникальным компромиссом, который способен обрабатывать алюминий без налипания материала на круг и наволакивания и способен в то же время обрабатывать твёрдую форкамеру без выкрашивания, без прижогов и без других дефектов шлифовки. Задача нетривиальная, но грамотный шлифовщик эту задачу выполнить может.
Специализированные станки, разработанные именно для обработки плоскости головки блока и блока, предлагают метод шлифовки несколько другой, когда шлифуется абразивными секторами, и ось вращения комплекта абразивных секторов перпендикулярна плоскости перемещения изделия. Эта технология лично мне несколько менее симпатична, потому что скорость резания существенно меньше, чем при классической плоской шлифовке, усилия от инструмента выше и вероятность появления дефектов шлифовки то же несколько больше, чем на классическом шлифовальном станке. Более капризный, получается, процесс. Хотя, в некоторых случаях, мы всё-таки используем эту технологию.
Нюансы замены прокладки
На некоторых ресурсах советуют изучить прокладку, чтобы узнать, какие именно повреждения на ней образовались. Это, на самом деле, лишь трата времени, ведь указанный элемент не ремонтируется. Просто выбросьте старую и поставьте новую.
На последнем моменте необходимо остановиться. Удалив старый уплотняющий элемент, хорошенько очистите располагающуюся под ним поверхность. При нужде обработайте тонкой шкуркой – только на идеальное ровное основание есть смысл устанавливать приобретенную прокладку. Малейшая выпуклость, даже при правильной затяжке, спровоцирует течь.
До возврата на место головки убедитесь, что все клапаны вашего автомобиля ВАЗ исправны
Особе внимание уделите сальникам – изношенные лучше сразу заменить. Если на машине используется прокладка нового образца, то ее монтируют на герметик – нанесите его по периметру с обеих сторон
О чём ещё стоит в этом случае сказать?
У многих головок блока больших индустриальных или грузовых моторов существуют проточки под индивидуальные уплотнения гильзы цилиндров. В этом случае, если приходится трогать плоскость головки, необходимо на такую же точно глубину обработать данную проточку. Это не простая задача. Она может выполняться универсальным швейцарским инструментом Mira, может выполняться на координатно-расточном станке, при наличии высокой квалификации может выполняться и на обычном расточном или вертикально фрезерном станке. Всё это рассматривается индивидуально и здесь огромное значение имеет мастерство станочника, выполняющего данную операцию.
Вот ещё какой интересный момент. Нередко в головке блока вращаются распределительные валы от одного до четырёх. Если плоскость головки блока деформировалась на две и более десятых миллиметра, это говорит совершенно однозначно о том, что ось распределительного вала деформировалась точно также. ГБЦ единая деталь, ничего никуда не делось, и если деформировалась плоскость, значит деформировалось все, включая опоры распределительных валов.
Если восстановить плоскостность это одна операция, высокоточная, но тем не менее одна. Прошлись на фрезерном станке, ну хорошо, пускай, ладно, прошлись три раза, за три прохода восстановили плоскость. При этом мы имеем головку с идеальной плоскостью привалочной поверхности и с искривленным кривым, гнутым не соосным отверстием под вращение распределительного вала.
Можно туда с дурной силой запихать распределительный вал и заставить его вращаться? Ну, член профсоюза при помощи кувалды и какой-то матери эту задачу однозначно выполнит. Вал может даже попытается вращаться, только сломается при этом очень быстро. Износятся опоры этого самого распределительного вала, поэтому если уже головка совсем дорогая и деваться некуда, то после того, как вы восстановили плоскостность вам нужно будет восстановить соосность опор распределительного вала горизонтальной расточкой, либо завтуливанием.
Поскольку обе эти операции — и обработка плоскости и восстановление соосности опор распределительного вала трудоемкие и дорогостоящие, требуют высокой квалификации, в некоторых случаях при сильной деформации поверхности головки блока разумным решением является её заменить на новую. Ничего не поделаешь. Я большой НЕ сторонник одноразового мира, всё что может быть исправлено, должно быть исправлено, но существуют ситуации, когда поменять разумнее, чем пытаться исправить.
Ещё один момент, это частота поверхности головки блока после обработки. И здесь принцип маслом кашу не испортишь не работает. В некоторых случаях, особенно если используется металлическая прокладка головки блока, для уплотнения газового стыка между блоком и головкой блока, идеально отшлифованная поверхность даёт худший результат по уплотнению, чем поверхность с требуемой шероховатостью. Потому что риски резца фрезерного станка, оставленные на головке блока, создают локальные зоны уплотнения и деформации прокладки и более надёжно уплотняют газовый стык в комплекте с металлической прокладкой, чем если бы головка блока была идеально отшлифована. Вот это вот такая распространённая ошибка — шлифанули, головка блока выглядит как зеркало, собрали мотор, радуемся, а он, зараза, подтекает. И ничего с этим поделать нельзя, пока мы не создадим на поверхности необходимую шероховатость. Размер этой шероховатости в Ra обычно указывается в справочной литературе.
Должен заметить, что всё больше и больше производителей техники наровят отлучить механиков (российских в особенности), от этой справочной литературы. Не нужны на нашей планете сильно умные и сильно квалифицированные. Поэтому сейчас в инструкции по эксплуатации и в мануалах в основном пишут о том как настроить магнитолу, и как не пить эксплуатационные жидкости, содержащиеся в автомобиле. Раньше это было инструкцией по эксплуатации и ремонту, сейчас такая дивная книжка называется «инструкцией пользователя». Деградируем потихоньку. То есть гипотеза прогресса человечества является не просто не доказанной, а успешно опровергнутой, и вся наша жизнь это подтверждает. Глобализм, блин. Вот с ним-то мы и боремся.
Подготовка к процессу
Первый шаг при выполнении работы – оценка состояния ГБЦ. Дефектовку привалочной поверхности проводят, установив блок на идеально ровную поверхность с помощью стальной линейки и набора щупов. Не имеющую дефектов, ровную по толщине линейку прикладывают ребром к нижней плоскости по диагоналям. Если между нею и поверхностью блока виден зазор, в него вставляют щуп.
Допустимыми и не влияющими на работу цилиндров признают зазоры до 0, 05 мм. Если величина зазора больше 0,1 мм, необходима шлифовка. При значительных зазорах блок цилиндров подлежит замене. Плоское шлифование применяют только в том случае, если высота головки после процесса будет не меньше 135,60 мм.
ВАЖНО. При наличии прогара прокладки деформация поверхности будет расположена именно в том месте или рядом с ним.
После обнаружения деформации головки проводят осмотр цилиндров БЦ на предмет трещин. Деталь с крупными трещинами шлифовать не стоит, поскольку правильно работать она всё равно не будет.
Если крупные дефекты не обнаружены, блок проверяют на наличие микротрещин. В условиях СТО это делают на специальном оборудовании. В гараже метод проверки – окраска блока с последующей очисткой через 5-6 минут. Краска после стирания с поверхности забивается в трещины, и они отчётливо видны. Но подобным способом можно выявить исключительно внешние микротрещины. Внутренние при этом остаются не замеченными. Перед процессом шлифовки микротрещины необходимо устранить.
Краткое резюме
“Чтобы забивать кривые гвозди, нужен кривой молоток”, как говорил великий прораб Крокодил Гена и его помощник Чебурашка. Для того, чтобы собрать работающий мотор из кривой головки блока, никаких кривых инструментов не придумано. Поэтому, если вы хотите собрать надежный и долговечный мотор, всё должно соответствовать техническим требованиям завода изготовителя, здравому смыслу и технической рациональности.
Соответственно, головка блока однозначно после снятия и перед установкой проверяется на наличие прогиба или на плоскостность, и если эта плоскостность нарушена, она нуждается в восстановлении. Методы восстановления — это фрезеровка или шлифовка на специализированном станке, и в этой работе существует достаточное количество нюансов. Можно, конечно освоить её самостоятельно. У нас народ, слава Богу, пока ещё рукастый и достаточно образованный. Но пускай пироги печет пирожник, а сапоги сапожник. Поэтому обращайтесь к специалистам, мы не просто сделаем для вас ГБЦ, пригодную к дальнейшей эксплуатации, мы ещё и на примере данной конкретной головки расскажем, что еще вам необходимо учесть и выполнить, что бы мотор получил надежную и долгую вторую жизнь.
Пошаговая инструкция
На СТО шлифовку ГБЦ проводят механическим способом на специальном станке, оснащённом шлифовальным кругом. Результат процесса зависит от профессионализма мастера. Если он превысит максимально допустимый слой шлифования, указанный в руководстве к двигателю, деталь придётся менять.
Самостоятельную шлифовку ГБЦ проводят ручным способом с помощью наждачной бумаги или точильного камня. Выглядит это следующим образом.
- Поверхность обрабатывают без сильного нажима, движениями в виде восьмёрки или нуля. Не допустимы резкие, прямые движения.
- После первого этапа шлифования берут кусок стекла по размерам головки и небольшое количество дизтоплива. Поверхность смазывают дизтопливом и прикладывают стекло. В местах, где снят слишком большой слой, образуется круг с жидкостью по краям. Там, где снят недостаточный слой – воздушный круг с топливом по краю.
- Далее стекло снимают и продолжают процесс шлифовки с учётом результатов контрольного замера.
- Как только получается идеально ровная, зеркальная поверхность, блок цилиндров можно собирать и устанавливать в двигатель.
ВАЖНО. Излишне снятый слой металла во время шлифовки может окончательно вывести деталь из строя, поэтому выполнять процедуру самостоятельно без наличия определённых навыков специалисты не рекомендуют.
Умело и тщательно отшлифованная ГБЦ, при условии правильной эксплуатации и обслуживания двигателя, прослужит автовладельцу не один десяток тысяч километров. Нарушение технологии процедуры потребует её повторного проведения через непродолжительное время.
