ДЕПАРТАМЕНТ ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
ПО ПРЕДМЕТУ
“РЕМОНТ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ”
НА ТЕМУ
“РЕМОНТ ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ”

АСТРАХАНЬ
2001

ПЛАН.

I. Введение: головка блока цилиндров.
II. Проверка технического состояния деталей и их ремонт
III. Снятие и установка головки блока цилиндров КАМАЗа.
IV. Операции, наиболее часто применяемые в комплексном ремонте головки блока цилиндров.

V. Клапанный механизм.
VI. Восстановление клапана.
VII. Седла клапанов.
VIII. Регулировка тепловых зазоров в клапанном механизме двгателя.
IX. Литература.

I. ВВЕДЕНИЕ: ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ.

Конструктивные особенности.

Головка цилиндров отлита из алюминиего сплава имеет камеры сгорания клиновидной формы. Запрессованные седла и направляющие втулки клапанов.
Седла клапанов изготавливаются из специального чугуна. Чтобы обеспечить высокую прочность при воздействии ударных нагрузок. Рабочие фаски седел обрабатываются после запрессовки в сборе с головкой цилиндров. Чтобы обеспечить точную соосность фасок с отверстиями направляющих втулок клапанов.
Направляющие втулки клапанов также изготавливаются из чугуна и запрессовываются в головку цилиндров с натягом. На наружной поверхности направляющих втулок имеется проточка. Куда вставляутся стопорное кольцо.
Оно обеспечивает точностьположения втулок при запрессовке их в головку цилиндров и предохраняет втулки от возможного выпадения. Отверстия во ввтулках обрабатываются после запрессовки их в головку цилиндров. Это обеспечивает узкий допуск на диаметр отверстия и точность его расположения по отношению к рабочим фаскам седла и клапана. В отверстиях направляющих втулок имеются спиральные канавки для смазки. У втулок впускных клапанов канавки нарезаны до половины длины отверстия, а у втулок выпускных клапанов
- на всей длине отверстия.
Сверху на напраляющие втулки надеваются маслоотражательные колпачки из тепломаслостойкой резины со стальным арматурным кольцом. Колпачки охватывают стержень клапана и служат для уменьшения проникновения масла и камеру сгорания через зазоры между направляющей втулкой и стержнем клапана.
На двигателях 2105 применяются головки цилиндров 2105-1003015. А на остальных двигателях (2105, 2103, 2106) устанавливается одна ита же унифицированная головка цилиндров 21011-1003015-10 (номер отливается на левой стороне головки цилиндров). Эти головки цилиндров различаются только передней частью. У головок 21011 здесь имеется проем для цепи привода распределительного вала, а у головки 2105 такого проема нет. ( см. рис 1.
Разрез головки цилиндров по выпускному клапану ВАЗ 2106, рис 2. Основные размеры головки цилиндров: клапанов и направляющих втулок ВАЗ 2106).

II. ПРОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ИХ РЕМОНТ.
Перед проверкой устанавливают головку цилиндров на подставлу в виде металлической или деревянной рамки, удаляют нагар со стенок камер сгорания и с поверхности выпускных каналов обычной металлической щеткой или приводимой во вращение электрической дрелью. Очищают и осматривают впускные каналы и каналы подвода масла к рычагам привода клапанов.
Если наблюдались случаи попадания охлажденной жидкости в масло, то проверяют герметичность головки цилиндров, для чего устанавливают на головке заглушки с прокладаками, входящие в комплект приспоссобления
А.60344, и закрепляют болтами нижнюю плиту. Устанавливают фланец со штуцуром подвода воды и нагнетают насосом воду внутрь головки под давлением
5 кгс/ см 2. В течение 2 минут не должно наблюдаться течи воды из головки цилиндров двигателя.
Можно проверять головку цилиндров сжатым воздухом, для чего устанавливают на головке цилиндров детали,входящие в комплект приспособления А.60334. опускают ее в ванну с водой, нагретой до 60-80 С, и дают ей прогреться в течение 5 минут. Подают внутрь головки сжатый воздух под давлением 1,5-2 кгс/ см2. В течение 1-1,5 минут не должно наблюдаться выхода воздуха из головки. При обнаружении трещин головку цилиндров заменяют.

III. СНЯТИЕ И УСТАНОВКА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ КАМАЗа.
Масло или охлаждающая жидкость, сочащиеся из-под головок цилиндров двигателя КамАЗ-740 и его модификаций, – явление обычное и знакомо, наверное, всем водителям этих машин. Такова эксплуатационная особенность мотора – менять резиновые уплотнительные кольца между головками и блоком через 40–50 тыс. км пробега. Конструктивная же особенность в том, что головка на каждый цилиндр отдельная и при необходимости можно снять любую, не трогая остальные. А снимать их приходится не только для замены резиновых колец, но и для ремонта цилиндро-поршневой группы или просто для замены болта головки, если у него, как часто бывает, отрывается шляпка и вывернуть оставшуюся часть не удается.
Перед началом работы нужно слить половину объема жидкости из системы охлаждения. Для этого удобнее пользоваться краном, расположенным на нижнем патрубке радиатора, – меньше разбрызгивается.

СНЯТИЕ.
Ключом ”на 22” отворачиваем накидные гайки подводящей и отводящей трубок расширительного бачка и отодвигаем трубки в сторону.
Ключом ”на 10” ослабляем хомут рукава перепускной трубы и снимаем рукав с патрубка расширительного бачка.
Двумя ключами ”на 13” отворачиваем болты, стягивающие хомут расширительного бачка с обеих сторон. Снимаем хомут и расширительный бачок.
Ключом ”на 19” отворачиваем накидные гайки трубки высокого давления с секции ТНВД… …и форсунки снимаемой головки.
Ключом ”на 13” отворачиваем гайку кляммера трубок высокого давления и снимаем его верхнюю часть и трубку. Накидным или торцевым ключом ”на 14” отворачиваем штуцеры дренажной трубки форсунок и снимаем ее.
Торцевым ключом ”на 10” отворачиваем кляммер топливной трубки ТНВД.
Ключом ”на 19” отворачиваем штуцер топливоподводящей трубки на ТНВД
Ключом ”на 22” отворачиваем накидную гайку воздушной трубки компрессора и отводим трубку в сторону.
Ключом ”на 22” отворачиваем накидную гайку трубки, подводящей к компрессору охлаждающую жидкость.
Торцевым ключом ”на 13” ослабляем крепление этой же трубки к водяной трубе двигателя.
Ключом ”на 17” отворачиваем четыре болта крепления компрессора
Сдвигаем компрессор вперед и вынимаем его.
Торцевым ключом ”на 13” отворачиваем шесть болтов водяной трубы.
Два болта водяной трубы напротив второй и третьей секций ТНВД удобнее отвернуть слегка изогнутым ключом ”на 13”. Вынимать их не нужно.
Торцевым ключом ”на 17” отворачиваем восемь болтов впускного коллектора.
Ключом ”на 17” отворачиваем на два-три оборота болты крепления впускного коллектора к соединительному патрубку.
Ключом ”на 13” отворачиваем болт крепления крышки головки.
Снимаем крышку и уплотнительную прокладку. Также снимаем соседнюю крышку, иначе ее выступ будет мешать демонтажу головки.
Чтобы снять головки четвертого или восьмого цилиндров, нужно ключом ”на 17” отвернуть гайки крепления рессор кабины и отвести их вместе с амортизаторами в сторону.
Штанги газораспределительного механизма связываем между собой, чтобы не упустить их в поддон в момент снятия головки.
Торцевым или накидным ключом ”на 19” отворачиваем четыре болта крепления головки. Поддеваем головку монтажной лопаткой за край выпускного патрубка и одновременно раскачиваем, вставив вороток в отверстие под болт. Впускной коллектор и водяную трубку предварительно отодвигаем от головок, вставив в зазор подходящий вороток. Снятую головку очищаем от нагара и вставляем в нее новые уплотнительные кольца водяных каналов.
На втулку масляного канала надеваем новое уплотнительное кольцо. Старое, если не потеряло упругость, можно опустить вниз – оно несколько улучшит герметизацию стыка. Устанавливаем новую резиновую прокладку на блок и вставляем на свои места обе штанги.
Устанавливаем головку на блок двигателя и затягиваем болты в три приема крест-накрест. Окончательный момент затяжки – 16–18 кгс.м. Проворачивая маховик двигателя воротком, выводим поршень в ВМТ конца такта сжатия, ключом ”на 17” и отверткой регулируем тепловые зазоры клапанов.

УСТАНОВКА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ.
Дальнейшую сборку ведем в обратной последовательности.
После присоединения всех топливопроводов прокачиваем систему питания ручным топливным насосом.
На ранних моделях двигателей КамАЗ-740 газовый стык между гильзой и головкой цилиндра уплотнялся стальным кольцом, а водяные каналы головки – кольцами, отформованными в резиновой прокладке головки цилиндра. Поэтому старые головки и прокладки невзаимозаменяемы с новыми.
Если во время сборки штанга газораспределительного механизма все же упала в поддон двигателя, извлечь ее можно проволокой, навитой спиралью.

IV. Операции, наиболее часто применяемые в комплексном ремонте головки блока цилиндров.
В самом деле, никого не надо убеждать в том, что высокая мощность, экономичность и экологические показатели любого двигателя во многом определяются конструкцией и состоянием газораспределительного механизма. И не удивительно, что основные изменения в новых, более мощных, модификациях моторов касаются именно головки блока цилиндров. Тем не менее, комплексный и качественный ремонт головки блока у нас пока еще продолжает оставаться редкостью. Это тем более странно, что по сегодняшней жизни цена новой головки блока на 8-10-летнюю иномарку вполне сравнима с ценой всего автомобиля.
За границей наблюдается совсем иная картина. Например, на финском ремонтном предприятии Tammer Diesel OY участок ремонта головок — один из самых загруженных. В Венгрии на фирме Szakal-met-al также всерьез восстанавливают головки блока. Даже поддерживают приличный обменный фонд. И занимаются они ремонтом головок, уж поверьте, не от бедности. Просто в Европе требования к качеству отремонтированных моторов выше, чем у нас «в среднем по стране», и экологические нормы там на порядок строже.

Учитывая отечественную специфику, можно отметить, что комплексное восстановление головок блока — дело для нас очень перспективное. Поэтому хотелось бы выделить и подробно рассмотреть операции, наиболее часто применяемые в комплексном ремонте головок.
Деформация головки блока чаще всего наступает из-за местного или общего перегрева. Но в результате накопленных механических и термических напряжений может деформироваться и нормально работавшая головка. Поэтому при каждом снятии с мотора головку блока следует обязательно проверять на плоскостность. Сильную деформацию позволяет выявить проверка лекальной линейкой. Более точные результаты обеспечивают притирочная плита или обкатка индикатором.
Восстановление плоскости алюминиевых или чугунных головок выполняется на фрезерном станке инструментом с одним резцом на высоких оборотах.
Определенную сложность представляет обработка головок предкамерных дизелей.
Предкамеры выполнены из жаропрочной стали, имеют высокую твердость и трудно обрабатываются. В таких случаях обычно используют специализированный станок. Обработка на нем ведется не резцом, а абразивными секторами с охлаждающей жидкостью, что дает хорошие результаты. Очень важно наличие поворотного стола. Это удобно при восстановлении сложных головок и при обработке привалочной плоскости коллекторов.
Восстановление изношенных направляющих втулок накаткой — известный метод, и о нем писали достаточно много. Например, инструментом Neway или Sunnen можно накатать внутри направляющей втулки клапана спиральную канавку,
«уменьшив» тем самым диаметр, а затем развернуть в номинальный размер и фактически «обновить» направляющую втулку без ее замены. Но такая технология малоэффективна при больших износах или когда направляющие выполнены из твердых материалов.
Замена втулок — это более радикальная мера. Но перепрессовывать их нужно крайне аккуратно. Перед запрессовкой необходимо убедиться, что посадочные отверстия обеспечивают необходимый натяг и не имеют задиров и повреждений.
Втулки запрессовывают «на горячую», предварительно подогрев головку до температуры около 200°С. Облегчает работу охлаждение втулок сухим льдом или охлаждающим спреем Freze 75. После запрессовки отверстия втулок обрабатывают разверткой, чтобы обеспечить требуемый зазор со стержнем клапана.
Обработка седла клапана — один из наиболее важных этапов ремонта.
Правильная геометрия седла, как известно, обеспечивает надежное уплотнение камеры сгорания, хороший отвод тепла от тарелки клапана, что исключает перегрев клапана и увеличивает срок службы маслосъемных колпачков. Точная обработка рабочей фаски седла и ограничивающих фасок обеспечивает максимальный ресурс сопряжения «седло-клапан». Обеспечить эти требования традиционной притиркой невозможно.
В условиях небольших мастерских седла обычно правят ручным инструментом, например, твердосплавными зенкерами отечественного производства или американскими фрезами Neway.
Отечественные зенкеры просты и недороги, их при необходимости можно многократно затачивать, но они не дают достаточной точности и чистоты, и потому не позволяют исключить притирку. Кроме того, зенкеры не регулируются по диаметру, а существующие «жигулевские» и «волговские» готовые ремонтные комплекты не всегда устраивают.
Инструмент Neway более универсален и при соответствующем навыке дает неплохую точность. Резцы Neway имеют несколько режущих кромок и могут регулироваться по диаметру седла. Правда, такой инструмент значительно дороже, стоимость одной фрезы в среднем 80-100 долларов.
И все же наилучшую концентричность фасок и максимальную точность обеспечивает специализированное оборудование. Например, уже имеющийся на ряде ремонтных предприятий американский станок для обработки головок VGS20 фирмы Sunnen.

Обработка плоскости — традиционная операция при ремонте головок.
Обработка седла на таком специализированном станке ведется фасонным твердосплавным резцом. Это обеспечивает высокую производительность и позволяет создавать точный, а не упрощенный, как в случае работы ручным инструментом, профиль седла. Так, на многих современных моторах применяются радиусные ограничивающие фаски, а в моторах спортивного назначения часто применяют полностью радиусное седло. Станок же позволяет обеспечить любой сложный профиль с высокой точностью.
Еще одна важная особенность спецстанков — это возможность обрабатывать все седла на одинаковую глубину. Можно также проконтролировать, а при необходимости — исправить взаимное расположение осей направляющих втулок клапанов. Вручную это сделать невозможно.
Обработка седла на станке обеспечивает высокую чистоту и позволяет обойтись без притирки. Значит, избавляет от лишней операции и исключает «втирание» абразивных зерен в материал седла и тарелки клапана, значительно снижающее ресурс деталей.
Замена седла — одна из главных изюминок серьезного ремонта головок. Эта операция позволяет вернуть к жизни, казалось бы, безнадежно загубленные головки. Согласитесь, приятно предложить клиенту выбор: заплатить от 600 долларов за новую головку или за 400-500 руб. просто поменять седло на старой.
Аналогичную операцию приходится выполнять и при форсировании двигателей, например, для спортивных соревнований. В этом случае требуется увеличить диаметры каналов в головке блока, а затем установить новые седла большего диаметра.
Старое седло удаляется специальной резцовой головкой, которая легко выставляется на размер с помощью простого приспособления. Вся операция по удалению седла занимает 5-7 минут. Новые седла поставляются в запчасти готовыми или в виде заготовок. Например, импортные заготовки обходятся в 5-
6 долларов. Вытачивая седла самостоятельно, мы получаем возможность заменять седла даже в случае повреждения посадочного места. Для алюминиевых головок блока при замене седла обеспечивается натяг 0,10-0,12 мм. Новое седло запрессовывается «на горячую» и затем профильным резцом обрабатываются фаски седла.
К сожалению, отечественная промышленность не выпускает специальных
«головочных» станков. Из импортных, кроме Sunnen, наиболее известны станки
Serdi, AMC, Berco. И если научиться (а это не так трудно, как кажется) значительную часть оснастки к подобному станку делать самостоятельно, то есть надежда, что в будущем удастся освоить выпуск упрощенного варианта
«головочного» станка, к примеру, на базе обычного координатно-расточного.
Ремонт постелей распределительного вала в головке блока— тоже очень важная операция при ремонте двигателя. Подшипники распредвала у изрядно походивших моторов оказываются изношены и нередко имеют задиры — ведь масло до распредвала, расположенного в верхней части двигателя, доходит, как известно, в последнюю очередь. Проблему можно решить с помощью специализированного горизонтально-хонинговального станка, если «занизить» крышки подшипников на 0,1-0,3 мм по плоскости разъема, после чего обработать постели хонингованием в номинальный размер.

Обработка седел клапанов на специализированном станке дает наивысшую точность и чистоту поверхности. Притирка после этого не требуется
Заварка трещин остается отдельной и весьма «деликатной» областью ремонта головок блока. Высокие термические деформации, наличие легирующих элементов и вспенивание металла сварного шва могут привести к образованию скрытых дефектов. Поэтому после сварки головка блока обязательно должна быть испытана на герметичность под давлением. (см. рис. 3. Проверка герметичности головки цилиндров на приспособлении А. 60334).

Растачивание гнезд под седла — на специализированном станке выполнить эту операцию не составит большого труда
Таковы вкратце основные операции при ремонте головок блока. Это тот необходимый минимум, который должно обеспечивать ремонтное предприятие, выполняющее так называемый «серийный» ремонт. Но и индивидуальный мастер или владелец автомобиля, решивший отремонтировать двигатель самостоятельно, должны уделить головке блока самое серьезное внимание.

V. КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ.

Клапаны приводятся в действие распределительным валом, вращающимся в корпусе подшипников, с помощью промежуточных рычагов. Зазор между кулачками распределительного вала и рычагом устанавливается регулировочным болтом, на сферической головке которого качается рычаг. От самоотвертывания болт удерживается контргайкой.

Клапаны имеют две цилиндрические пружины- наружную и внутреннюю, зажатые между тарелкой
(вверху и двумя опорными шайбами (внизу). Тарелка пружин удерживается на стержне клапана двумя сухарями, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса. Для повышения износостойкости стержня оба клапана азотируются, а торцы стержней, на которые опираются рычаги закалены токами высокой частоты. (см рис 4. Детали клапанного механизма)

|VI. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КЛАПАНА |
| |
|Внешне конструкция клапана довольно проста. Основные части: |
|стебель, перемещающийся в направляющей втулке, и головка, которая |
|«садится» на седло, герметизируя камеру сгорания. Формой головка |
|напоминает перевернутую вверх дном тарелку, поэтому головку называют еще|
|"тарелкой клапана". Она имеет рабочую фаску с углом 30° или 45° |
|относительно плоскости тарелки и цилиндрический поясок. Он необходим для|
|увеличения жесткости тарелки и защиты ее кромок от обгорания и |
|коробления. Кроме того, поясок позволяет сохранить основные |
|геометрические размеры тарелки клапана в случае перешлифовки его рабочей|
|фаски. Ширина пояска в различных конструкциях двигателях бывает до 2 мм.|
| |

На форсированных двигателях клапаны делают составными. Если обычный клапан изготавливается из однородного материала, то составной - из двух частей: стебля из износостойкого металла и тарелки из жаропрочного. Соединение производится сваркой трением.

Нередко полый выпускной клапан заполняется легкосплавным металом (натрием), что снижает теплонапряженность клапана.

Стремясь повысить износостойкость, некоторые фирмы, например MERCEDES, хромируют поверхность стебля клапана. BMW применяет «ремонтные» клапаны с увеличенным диаметром стебля: 8.0; 8.1; 8.2 мм. Для чего — понятно: чтобы не перепрессовывать направляющую втулку клапана, у которой со временем увеличивается внутренний диаметр по причине естественного износа. Торец стебля, испытывающий, как и тарелка, большие нагрузки, в разных типах двигателей упрочняют различными методами на глубину до 1 мм.