|
Излишне напоминать, что разгерметизация двигателя недопустима. А самым ответственным соединением является стык "блок-головка". Эта пара уплотняется деталью, официальной именуемой "прокладка под головку блока цилиндров". В обиходе ее называют короче - прокладка ГБЦ.
Какими они бывают
Говоря о классификации способов герметизации соединений "блок-головка", не будем рассматривать ультрасовременные двигатели с беспрокладочными стыками, - это тема отдельного разговора. В остальных случаях специалисты делят уплотнения на три большие группы:
- металлические прокладки ГБЦ;
- комбинированные уплотнения;
- мягкие прокладки ГБЦ, именуемые за рубежом fiber gasket.
Правда, в отношении металлических и мягких прокладок необходима оговорка. И те и другие изготавливают, используя комбинацию нескольких материалов, - например, мягкие прокладки содержат перфорированную жесть. Но один из материалов (металл, либо полимерная композиция) является преобладающим - он-то и определяет принадлежность прокладки к той или иной группе.
И еще: существуют графитовые прокладки (graphite gasket), выполненные из графитных листов (просьба не путать с графитовым покрытием асбестовых прокладок и графитным наполнителем безасбестовых материалов). Однако ведущие зарубежные производители признают их малоперспективными.
Металлические "пироги"
Металлические прокладки изготавливаются из нескольких слоев стальных, медных или латунных листов, либо их комбинаций.
Хрестоматийный и уже отошедший в историю пример таких уплотнений - прокладки ГБЦ двигателя ЯАЗ-206 для первого поколения тяжелых грузовиков КрАЗ. Кстати, прототипами этих шестицилиндровых двухтактных дизелей были американские моторы "ДжиЭмСи" - следовательно, и способ их уплотнений прибыл к нам из-за океана. Впрочем, американцы могут не надувать щеки, ибо родина металлических прокладок - Япония.
Но вернемся в Россию. Прокладки для ярославских моторов собирались в пакет из шести стальных листов 08КП толщиной 0,26 и 0,4 мм. Один из них имел специальную отбортовку отверстий под камеры сгорания, а рациональное расположение шпилек обеспечивало равномерное и надежное уплотнение.
Интересно заглянуть и в смежную отрасль. На дизелях ЧТЗ для военных гусеничных машин и танков применялась прокладка из двух медных листов, между которыми закладывалась асбестовая бумага толщиной 1 мм. Нижний лист отбортовывался не только на отверстия камер сгорания, но и на масляные каналы.
Сегодня металлические прокладки применяют на японских дизелях "Комацу" с турбонаддувом, легковых дизелях концерна "ДаймлерКрайслер" и многих других именитых моторах. Рецептура сталей и цветных сплавов для их изготовления держится в строжайшем секрете и непрерывно совершенствуется.
К преимуществам металлических прокладок относят высочайшую надежность в работе и возможность многократного использования. К недостаткам - значительные усилия затяжки шпилек, требующих высокой жесткости блока, немалый собственный вес прокладки и изрядную стоимость.
Кроме того, металлические прокладки требуют особой точности и чистоты изготовления сопрягаемых деталей. Впрочем, для того же "ДаймлерКрайслера" это является повседневной нормой, а за качество не грех и заплатить.
"Хитрые" комбинации
В комбинированных соединениях камера сгорания уплотняется металлическим кольцом, а жидкостные каналы - мягкими прокладками.
Чем хороши такие конструкции? А вот чем: они позволяют создать высокие контактные давления на небольших участках - буртиках гильз. Тем самым обеспечивается надежная герметизация при небольших, в сравнении с описанными выше металлическими прокладками, монтажных усилиях.
В качестве примера приведем уплотнения двигателя КамАЗ-740. Каждый цилиндр в нем закрывается отдельной алюминиевой головкой. Камера сгорания уплотняется стальным кольцом, контактирующим с "коллегой", запрессованным в головку. А герметизация жидкостных каналов осуществляется фторкаучуковой прокладкой.
Аналогичные решения применяются и на дизелях "Камминс", которые, кстати, встречаются на тех же камских грузовиках. И вообще, индивидуальные головки с автономными уплотнениями камер сгорания и каналов для рабочих жидкостей применяются в дизелях очень часто.
Безусловное преимущество описанных комбинированных уплотнений - это возможность вскрытия одного цилиндра без нарушения герметизации остальных.
Нерекламная пауза...
Предметом нашего дальнейшего разговора станут мягкие прокладки ГБЦ - детали, всем хорошо знакомые. Именно они "живут" под капотами отечественных машин и многих иномарок.
Несмотря на внешнюю простоту, эти прокладки имеют столько "изюминок", что не обойтись нам без консультантов. В качестве таковых мы пригласили специалистов ОАО "ВАТИ" - крупнейшего российского завода, расположенного в г. Волжский Волгоградской области.
Опытным автомобилистам и постоянным читателям журнала это предприятие хорошо известно. Вспомним хотя бы статью "Немецкое качество с волжским размахом", опубликованную в №8 за этот год: речь там шла о внедрении совместных технологий "ВАТИ - Frenzelit", позволяющих создать прокладку на уровне самых строгих современных требований.
А для новичков, статьи той не читавших, мы публикуем "Выдержку из "досье" ВАТИ" - как визитную карточку для знакомства. И теперь, рассуждая о прокладках, мы будем периодически заглядывать в "кухню" завода-гиганта, где "пекут" современные прокладки ГБЦ.
Мягкая упругость
Преимущества мягких прокладок определяются их... простотой: благодаря той самой "мягкости" они компенсируют неровности и деформацию сопрягаемых поверхностей, обеспечивая тем самым герметизацию стыка. Отсюда и относительная дешевизна этих изделий.
А к недостаткам относится меньшая, в сравнении с металлическими "сестричками", надежность уплотнения (особенно при высоких давлениях!), необходимость дополнительной подтяжки в период эксплуатации и, как правило, одноразовое использование.
Кроме того, мастера нередко сталкиваются с прилипанием прокладки к привалочным поверхностям. Это влечет за собой трудоемкое соскабливание "останков" прокладки при ее замене, сопровождаемое характерными комментариями, которые автор статьи решил не приводить.
Впрочем, перечисленные недостатки уходят в прошлое, ибо они присущи, в основном, асбестовым прокладкам. А вот безасбестовые технологии, применяемые ВАТИ, позволяют избежать многих из этих неприятностей, - но не будем забегать вперед, а поговорим об условиях работы прокладок.
Вспомним об условиях работы прокладок. Тут и раскаленные газы, и беспрерывно скачущее давление, достигающее 170 бар, и контакт с горячими и агрессивными антифризом и маслом. Не забудем также про упругие механические и тепловые деформации блока, головки и самой прокладки.
Отсюда вытекают и требования к материалу для ее изготовления. Он должен хорошо заполнять микро- и макронеровности стыкуемых поверхностей; сохранять упругость за счет низкой динамической усадки в условиях циклических нагрузок; не релаксирвать, длительно сохраняя приложенное контактное давление; быть достаточно теплопроводным; противостоять вымыванию из собственного "тела" каких-либо наполнителей и ингредиентов; не набухать и не разрушаться при контактах с охлаждающей жидкостью, маслом и различными видами топлива (бензином, соляркой, пропан-бутаном и метаном), а также с отработавшими газами. Ну, и само собой, не прилипать к уплотняемым поверхностям...
Уфф... Если вы дочитали этот "молот ведьм" до конца, значит у вас крепкие нервы. Но продолжим: формально свойства прокладочного материала оцениваются сжимаемостью, восстанавливаемостью и увеличением толщины при воздействии различных технических жидкостей - все это оговорено в ГОСТе 12856-96, который, как известно, является законом для производителя. Для водителя или ремонтника эти характеристики, конечно, не столь важны: но именно они определяют величины моментов затяжки шпилек (или болтов) ГБЦ и периодичность регулировки клапанов.
Но вот что интересно: указанный ГОСТ до сих пор (!) регламентирует показатели для асбестовых материалов. А современные безасбестовые, как правило, отличаются от них - в лучшую, разумеется, сторону. Если сомневаетесь, читатель, звоните в ОАО "ВАТИ" или в редакцию - порадуем цифрами.
А теперь давайте ознакомимся с основными тенденциями двигателестроения в части, касающейся производства прокладочных материалов. Их систематизировала и озвучила фирма Frenzelit - партнер ОАО "ВАТИ". Вот они, эти тенденции:
· компактный дизайн двигателя, малая площадь уплотняемой поверхности, "мягкие" отливки блока и его головки;
- рост числа малогабаритных дизелей для легковых автомобилей;
- увеличение рабочих температур и пика давления при сгорании смеси (за последние годы он вырос со 160 до 170 бар);
- отказ от дополнительных подтяжек прокладки;
- международная унификация технологий, появление единых стандартов для автомобильных прокладок и других запчастей;
- рост популярности так называемой "философии отсутствия утечек" и, как следствие - предполагаемое увеличение срока гарантии на герметичность любого соединения. Так, в США он составит три года или 100 000 миль пробега.
Все, буквально все пришлось учесть ОАО "ВАТИ" при освоении производства новейших мягких прокладок. Что ж, давайте познакомимся с некоторыми технологическими решениями "синдиката" "ВАТИ - Frenzelit".
Жесть, бумага, каландр, прокладка...
Прокладки ГБЦ вырубают из многослойного полотна. В его основе - каркас из перфорированной рулонной жести, покрытый с обеих сторон полимерной композицией.
А теперь несколько интересных подробностей. Поверхность жести после перфорации более всего напоминает, пожалуй, двустороннюю терку. Зубчики с обеих сторон стальной ленты готовы к контакту с полимерным покрытием - но все ли производители делают их правильно?
Нет, конечно. В настоящее время известны два типа перфорации, применяемые в производстве прокладок ГБЦ: круглая и прямоугольная. ВАТИ применяет круглую, и вот почему.
Во-первых, при круглой перфорации прочность жести в продольном и поперечном направлениях практически одинакова. В то время как прямоугольная перфорация делает прокладку анизотропной. Кроме того, "прямоугольная" технология не обеспечивает воспроизводимости свойств изделия: две одинаковые прокладки могут существенно отличаться по прочности на разрыв.
Во-вторых, круглая перфорация позволяет получить плоскую поверхность между выступами (зубчиками). И, наконец, в-третьих, она дает возможность оптимизировать распределение зубчиков по площади изделия, обеспечивая крепкое сцепление жести с будущим полимерным покрытием.
Что же делают со столь замечательной основой? Прежде чем ответить на этот вопрос, напомним: существуют два способа получения прокладочного полотна. В первом случае жесть обкладывается специально приготовленной массой, а во втором - покрывается особой бумагой. Российские производители прокладок ГБЦ применяют оба способа, что вызвано разными причинами: кто-то приобрел импортное оборудование "под массу", у кого-то есть бумагоделательная машина...
ВАТИ предпочел "бумажную" технологию: во-первых, она обеспечивала лучшие показатели (например, по равномерности плотности полотна) и традиционно применялась для более ответственных двигателей; во-вторых, снабжать волжан безасбестовой бумагой взялась уже знакомая читателю фирма Frenzelit.
Посмотрим на рисунок 2. Прокладочное полотно собирают, пропуская перфорированную жесть и бумагу через валки каландра. Опуская ряд технологических подробностей (нельзя же объять необъятное!), отметим: прокладки из этого материала получаются весьма и весьма привлекательными для потребителя.
Так, благодаря безасбестовой рецептуре Frenzelit они имеют прекрасные уплотнительные свойства. Было бы интересно разведать подробности, но секрет есть секрет...
Впрочем, кое-что узнать все же удалось: рациональная перфорация жестяной основы и особенности полимерных композитов позволяют прокладке адаптироваться к вертикальной нагрузке - причем к любой, даже очень большой. Опасные пики при этом "расползаются" без нарушения уплотнения - разработчики называют этот процесс "горизонтальным выравниванием" (см. рис......). И еще: при использовании новых прокладок усилия распределяются по краям гильз равномерно, оберегая цилиндры от деформации и, следовательно, от повышенного расхода масла, ускоренного износа и прорыва газов в картер.
А если в цифрах - какие механические и температурные нагрузки выдерживают эти изделия? Пожалуйста: по данным ВАТИ, прокладки для бензиновых двигателей сохраняют работоспособность до 35 МПа (350 бар) и 350°С, а для дизельных - до 100 МПа (1000 бар) и 400°С. То есть "запас прочности" по означенным параметрам получается изрядный...
Оптимально подобранные показатели восстанавливаемости и сжимаемости допускают длительную эксплуатацию прокладки без дополнительной регулировки клапанного механизма - словом, все, как за рубежом. А специальное антипригарное покрытие позволяет легко, а главное, безболезненно для двигателя демонтировать прокладку при ремонте.
А теперь несколько слов об окантовке газовых отверстий. Этот элемент выполняет несколько функций: во-первых, упрочняет и защищает кромки отверстий; во-вторых, увеличивает изгибную прочность прокладки, что важно при ее транспортировке и монтаже; в-третьих, - выполняет роль теплового моста между массами блока и головки.
При покупке прокладки ГБЦ на окантовку надо обращать особое внимание. Не допускаются "гармошки" металла, а также чрезмерно большие выступы над плоскостью прокладки - иначе при затяжке головки может возникнуть упомянутая выше деформация гильз.
Суммарная (на обе стороны) высота буртиков окантовки не должна превышать 0,3 мм, и опытные мастера "ловят" ее, проводя по детали ногтем. Впрочем, для прокладок ВАТИ эти навыки не понадобятся: высота означенных буртиков у новых прокладок исчисляется не десятыми, а сотыми долями миллиметра.
И в заключение раздела назовем марки прокладочных материалов, производимых по технологии "ВАТИ - Frenzelit". Вот они: ВАТИ-16, ВАТИ-16Н, ВАТИ-238, ВАТИ-61. Сегодня ведется большая работа по внедрению прокладок из этих материалов на ВАЗе, ЯМЗ, ЗМЗ, "Волжских моторах", УМЗ, "Алтай-дизеле", ММЗ, а также по их продвижению на вторичный рынок. И это хорошо, потому что...
… Выиграет потребитель
Настоящих, серьезных отечественных производителей прокладок ГБЦ сегодня можно пересчитать по пальцам одной руки. А когда потребителей много, а производителей мало, у первых существенно сужаются возможности выбора. Поэтому ВАТИ очень вовремя вышел на рынок прокладок ГБЦ - да еще с немецкими технологиями. Значит, "прокладочного" монополизма у нас не будет, и выиграют от этого прежде всего потребители. То есть мы с вами.
|
