Сила протяжки головки блока цилиндров

Головка блока цилиндров (ГБЦ) в двигателе играет чрезвычайно важную роль. В ней размещён газораспределительный механизм, который отвечает за порядок впрыска топлива и отвода отработанных газов. ГБЦ находится под постоянным воздействием большого давления газов и высокой температуры. Крепится ГБЦ при помощи болтов, шпилек и гаек, к правильной затяжке которых предъявляются повышенные требования.

Важность правильной затяжки болтов или гаек ГБЦ

Головка блока цилиндров (ГБЦ) — один из важнейших узлов автомобиля. Она закрывает блок цилиндров. В ней расположены распределительные валы, клапанные крышки и другие детали газораспределительного механизма. На ГБЦ постоянно воздействуют огромные переменные силы давления и температуры. Поэтому к её резьбовому креплению предъявляются особые требования.

Головка блока постоянно должна испытывать силу сжатия, которая задаётся определённым моментом затяжки резьбового крепления. Для того чтобы сила сжатия была равномерно распределена по поверхностям стыка головки с блоком цилиндров предусмотрено большое количество стяжных болтов или шпилек с гайками. Равномерность прижатия ГБЦ к блоку цилиндров обеспечивается определённой схемой порядка затяжки резьбовых соединений. Для уплотнения стыка используется прокладка головки блока, сделанная из особого материала, устойчивого к высокой температуре. При затяжке крепления головки она даёт усадку в тысячные доли миллиметра, что обеспечивает надёжную герметизацию стыка.

Соблюдения правильного порядка затяжки болтов ГБК гарантирует правильность её прижатия к блоку цилиндров

Последствия от перетяжки болтов крепления ГБЦ

Если затяжка резьбовых соединений головки блока ведётся с превышением усилия от номинального, то сила растяжения, которая воздействует на болт или шпильку, начнёт разрушать резьбу в блоке или вытягивать тело крепёжного элемента. Наступает так называемый момент текучести, когда при дальнейшем увеличении силы затяжки сила прижатия начнёт уменьшаться. Итог: быстрое прогорание прокладки в месте наихудшего сжатия.

Если же резьба в отверстиях блока будет сильно повреждена, то она уже не сможет обеспечить необходимое прижатие головки при правильном моменте затяжки. Её потребуется восстанавливать, а это дополнительные затраты. Опытные ремонтники мотористы на практике чувствуют предельную силу затяжки, которую может выдержать резьбовое соединение. Они никогда не допустят дефектов от перетяжки болтов или гаек.

Работа динамометрическим ключом

Что будет, если недостаточно затягивать болты крепления ГБЦ

Если крепление головки выполняется с минимальным усилием, то это приведёт к слабому прижатию её к поверхности блока цилиндров. Между прокладкой и прилегающими к ней плоскостями блока и головки образуются микроскопические зазоры, которые обязательно приведут к прогоранию уплотняющего материала.

Проверка плосткости головки блока специальной линейкой

Недостаточная затяжка болтов крепления не обеспечивает нормального прилегания головки, что может вызвать коробление её стыковой поверхности.

Виды ключей для правильной затяжки резьбовых соединений

Затяжка резьбового соединения должна делаться с таким усилием, чтобы исключить:

неплотное прилегание сопрягаемых поверхностей скрепляющихся деталей;
срыв ниток резьбы;
механическое разрушение тела болта;
проворачивание граней у гайки или головки болта;
разрушение гравёрных шайб.

Любой материал, из которого сделан блок (головка цилиндров, крепёжные болты), имеет свой предел прочности. Именно наименьший предел прочности самого слабого звена в узле крепления определяет наибольшее усилие затяжки. Самое слабое звено в креплении головки блока цилиндров — болты (шпильки) и резьба в отверстиях блока. Их слабость определяется не столько прочностью материала их изготовления, сколько несопоставимыми размерами (диаметром) с габаритами, массой блока и головки цилиндров. Понятно, что для разрушения солидного чугунного блока или массивной дюралевой головки нужно приложить гораздо больше усилий, чем для разрыва тонкого болта, сделанного из высокопрочной легированной стали.

Какое усилие нужно прикладывать

Пороговое или предельное значение прочности ответственных деталей обычно даётся в паспортных данных двигателя. Там же приводятся значения максимальных усилий затяжки болтов крепления ГБЦ. Для выполнения затяжки с требуемым усилием служат специальные динамометрические ключи.

По способу регулирования и индикации динамометрические ключи делятся на следующие категории:

Нерегулируемые с постоянным моментом затяжки. Они применяются для затяжки ГБЦ на конвейерах при сборке двигателей. Их достоинства — высокая надёжность.
Регулируемые на предельный момент затяжки. Это так называемые трещотки с возможностью установки определённого момента затяжки. При достижении этого усилия трещотка срабатывает, и дальнейшее закручивание становится невозможным. Трещоточная насадка часто оснащается реверсом. В этом случае ей можно не только закручивать болты и гайки, но и откручивать их. Трещоткой комплектуются многие наборы головок.
Со шкалой и стрелкой. Таким ключом можно вести затяжку резьбовых соединений с разными усилиями. Главные условия: нужно много свободного места и возможность удобного наблюдения за шкалой. Входит в набор инструментов слесарей-мотористов.
Цифровая индикация в компактном приборе, измеряющем приложенное усилие. Очень точный, надёжный, удобный в работе инструмент. С его помощью можно затягивать болты крепления головки блока с точностью до сотых долей Нм непосредственно на двигателе автомобиля.
Комбинация выставляемого усилия затяжки с контролем по цифровой или стрелочной индикации. Такие ключи защищают резьбу от прикладывания чрезмерного усилия затяжки, одновременно позволяя контролировать величину момента с помощью прибора индикации.

Фотогалерея: виды динамометрических ключей

Общие правила затяжки креплений головки блока

У головок разных моделей двигателей параметры порядка и момента затяжки ГБЦ сильно отличаются друг от друга. Но есть общий набор универсальных правил, которые подойдут ко всем типам моторов:

Затяжка головки блока ведётся согласно схеме, разработанной производителем двигателя.
Момент затяжки болтов крепления или гаек также определён производителем и отражён в инструкции по эксплуатации этого легкового автомобиля.
Затяжка ведётся исправным и калиброванным динамометрическим ключом.
Болты крепления или шпильки с гайками используются в идеальном состоянии без повреждения резьбы и тела болта или шпильки. Резьба должна быть чистой, без зазубрин и заусенцев.
Свою специфику имеют болты для затяжки головки блока типа TTY. У них указывается не момент силы, а установочный градус. Нужные сведения содержатся в инструкции по эксплуатации силового агрегата.
В глухих отверстиях в блоке под болты ничего не должно находиться. Маслом следует поливать резьбу болта, а заливать смазку в «слепое» гнездо не рекомендуется.
Перед использованием болтов следует произвести контрольную проверку их состояния. Если при воздействии на болт моментом в 20 кГм момент текучести не достигается — его нужно менять. Причина — повышенная прочность. Если наблюдается, что момент затяжки начал уменьшаться при нагрузке — это сигнал о начале разрушения болта. Его обязательно нужно менять.
Прокладку головки блока для замены нужно покупать только оригинальную, потому что она не даёт усадки.

Как сделать динамометрический ключ своими руками

Чтобы самостоятельно смастерить необходимый всем механикам инструмент, нужно знать его устройство. В принципе, конструкция динамометрического ключа проста. Это накидной ключ или четырёхгранник под головку с воротком, в который встроен динамометр.

Динамометрический ключ несложно сделать своими руками

Для работы вам понадобятся:

вороток;
ручной динамометр с пределом взвешивания 35–40 кг;
удлинитель;
таблица предельных усилий для затяжки крепления ГБЦ.

Усилие затяжки в таблице приводится в Нм (Ньютон-метрах), а динамометр измеряет вес в кг. Поэтому сначала нужно разобраться с числами.

Длина воротка постоянна. Её легко измерить. Если в таблице предельное усилие равно 30 Нм, а длина воротка равна 0,3 м, то усилие, показываемое динамометром, должно равняться 30 : 0,3 = 100 Н.

Один кг равняется 10 ньютон. Следовательно, прибор должен фиксировать усилие, равное 10 кг.

Чтобы сделать усилие меньше, нужно длину воротка увеличить. Для этого воспользоваться удлинителем. А дальше всё просто. На конце удлинителя сверлим дырку для верхнего крючка безмена. За нижний конец весов тянем до достижения нужного усилия.

Момент затяжки и порядок затяжки болтов ГБЦ

Разным моделям двигателей требуются различные усилия для затяжки головки блока. Имеются различия и в порядке затягивания болтов крепления. Все эти сведения указаны в паспорте двигателя. Ещё раз подчеркнём важность правильного выполнения затяжки и соблюдения величины её момента.

Порядок затяжки болтов крепления ГБЦ

Начинается затяжка крепления ГБЦ всегда со средних болтов. Это правило нужно соблюдать потому, что необходимо обеспечить наиболее плотное прилегание сопрягающих поверхностей. Каждая ГБЦ клапанного двигателя должна быть установлена без перекосов и ненужного напряжения металла. Затяжка резьбовых соединений обязательно делается в несколько заходов. Важно соблюдать постоянство усилия для каждого болта в каждом заходе.

Предельные крутящие моменты для болтов

Можно ли правильно затянуть резьбовые соединения ГБЦ без динамометрического ключа

Затягивать резьбовые соединения при отсутствии соответствующего оборудования категорически не стоит автолюбителям, которые решили самостоятельно поменять прокладку головки блока или притереть клапаны.

Динамометрическим ключом не всегда пользуются при затяжке опытные слесаря-ремонтники, которые способны почувствовать на практике предел прочности любого болта. Но такая способность приходит не сразу. Для этого нужно поработать динамометрическими ключами несколько лет.

Но даже специалисты с большим стажем болты крепления головки блока цилиндров на дорогих марках легковых автомобилей затягивают динамометрическим ключом, потому что эта операция напрямую влияет на долговечность работы силового агрегата. В экстренной ситуации, когда нет возможности воспользоваться динамометрическим ключом, можно применить вариант с механическим или электронным кантором. В приведённом ниже видео опытный слесарь объясняет зрителям, как можно правильно затянуть головку блока цилиндров без ключа. При этом стоит иметь в виду, что правильность выполнения работ стоит проверить с помощью угломера.

Видео: как проверить затяжку головки блока цилиндров

Затяжка болтов крепления ГБЦ на автомобилях с пробегом — дело ответственное, трудное, специфическое. Ответственное, потому что от правильной затяжки зависит нормальная и долговечная работа двигателя. Трудное, поскольку эту работу выполнять не совсем удобно из-за тесноты и недостаточной обзорности. Специфическое — потому что нужно болты подтягивать в несколько заходов, по определённой схеме, с помощью специального динамометрического инструмента.

При капитальном ремонте двигателя важно в точности соблюдать технические параметры и нормы, необходимые для корректной его работы. Соблюдая нужные параметры и следуя указаниям по ремонту, итоговый результат будет успешный.

Назначение и строение ГБЦ

Современные автомобили в подавляющем большинстве используют различные виды топлива для совершения работы за счет его сгорания. Воспламенение воздушно-топливной смеси происходит в двигателе внутреннего сгорания.

При детонации топлива в камере сгорания происходит «взрыв» смеси и при этом выделяется газы, которые и толкают поршень к нижней мертвой точке. Чтобы работа двигателя была корректна, все отработавшие газы через выпускной коллектор выводятся в атмосферу. Для этого в конструкции двигателя предусмотрена система газораспределения. Наиболее важной составляющей этого механизма является головка блока цилиндров.

Головка блока цилиндров механизма газораспределения предназначена для обеспечения герметичности между поршнем и поверхностью камеры сгорания двигателя.

В зависимости от конструкции автомобильного двигателя, головки блока цилиндров могут изготавливаться из чугуна или более легкого алюминия. Форму ГБЦ обычно придают путем литья. Конструктивные особенности могут быть различны, но в основном головка содержит такие части, как:

камеры сгорания;
клапана (различают впускные и выпускные, в соответствие с их назначением – впускные открывают доступ рабочей смеси из топлива и воздуха в цилиндр, выпускные – осуществляют вентиляцию цилиндра за счет выталкивания поршнем отработавших газов в выпускной коллектор);
участок газораспределительного механизма;
рубашка охлаждения;
отливка для форсунок или свечей зажигания;
масляные каналы.

Между блоком цилиндров и головкой обычно устанавливается прокладка, которая не допускает прорыва газов из-под камеры сгорания, а также масла и охлаждающей жидкости из каналов, соединяющие ГБЦ и сам блок.

Важно! При неправильной и не равномерной затяжке болтов крепления головки блока цилиндров, будет нарушена герметичность камеры сгорания, а это приведет к потере мощности, прогоранию прокладки и выходу из строя самой головки (возможна деформация или растрескивание корпуса).

О силах, действующих на ГБЦ во время работы мотора

При работе мотора автомобиля, головка подвергается воздействию высокого давления (за счет такта сжатия в камере сгорания давление может достигать до 15 атмосфер), высокой температуры сгорания смеси (около 550-600 ºС), вибрации со стороны кривошипно-шатунного механизма.

Между блоком цилиндров и головкой устанавливается прокладка, которая имеет определенную толщину – при затягивании болтов крепления головки, эта толщина уменьшается (дает усадку) и ГБЦ плотно прилегает к корпусу двигателя. Но во время затяжки, головка имеет свойство деформироваться на тысячные доли миллиметра, поэтому болты всегда заворачивают в определенном порядке.

Силы, действующие на ГБЦ во время затягивания болтов

В процессе затягивания болтов в местах их крепления давление на поверхность значительно повышается, что в свою очередь приводит к V- образной деформации «подошвы». При не соблюдении порядка затягивания, а также с не регламентированным моментом (усилием), монтаж головки может привести к прогоранию прокладки в следствии прорыва газов, что поведет за собой более серьезные последствия.

Когда необходимо производить затяжку ГБЦ?

На современных автомобилях уже не требуется повторная протяжка болтов крепления головки цилиндров – данные работы ранее осуществлялись на старых автомобилях семейства ВАЗ, УАЗ, МОСКВИЧ – эта операция являлась основной при прохождении машины ТО-1.

При замене прокладки нужно иметь нужное оборудование, благоприятные погодные условия (или учитывать существующие), прямые руки и светлую голову. Нужно учитывать, что температура окружающей среды довольно сильно может повлиять на процесс установки ГБЦ.

Применяемый инструментарий

Из оборудования необходим динамометрический ключ с калибровкой усилия под конкретный автомобиль (на разных машинах момент затяжки креплений может существенно отличаться), торцевая головка нужного размера, которая подходит к конкретному виду крепежа.

Итак, динамометрические ключи бывают нескольких видов:

щелчковый;
стрелочный;
цифровой;
иные приспособления.

Щелчковый ключ

Щелчковый (также предельный или пружинный) ключ применяется для быстрой затяжки резьбовых соединений с заданным крутящим моментом. При достижении нужного усилия, внутри ключа срабатывает пружинный механизм, в следствии чего слышен щелчок, свидетельствующий об необходимости прекращения затяжки текущим моментом (усилием). Погрешность такого ключа не превышает 4% (при условии корректного хранения и использования).

Стрелочный ключ

Стрелочный (торсионный) ключ являет собой рычаг со стрелкой и шкалой усилия (или индикатором часового вида), что делает его самым простым в использовании. При использовании такого ключа стрелка указывает на текущий момент затяжки при проворачивании рычага. Из минусов таких ключей стоит отметить довольно большую погрешность (от 5 до 20%), и со временем сталь утрачивает свою упругость, что делает невозможным его регулировку.

Цифровой ключ

Цифровой ключ (или цифровой адаптер) является самым точным инструментом в своей категории – его погрешность составляет всего 1%. Поэтому такие ключи часто используют при монтаже «ответственных» резьбовых соединений.

Иные приспособления

Самодельными динамометрическими ключами пользуются тогда, когда других приспособлений под рукой не имеется – обычно это самодельные механизмы, состоящие из трещотки и старых пружинных весов или современных цифровых. Но погрешность таких приспособлений намного выше, чем заводские ключи – это обусловлено неправильной калибровкой усилия.

Момент затяжки болтов (усилие)

Момент затяжки болтов для каждого автомобиля разный (в виду конструктивных особенностей). Для конкретного автомобиля есть своя таблица моментов затяжки креплений. В следующем разделе рассмотрим усилия крепежа ГБЦ на примере «вазовской» головки.

Правильный порядок затяжки

Существует определенный порядок затяжки болтов, почти на всех автомобилях он одинаковый – от центра головки к ее краям, крест на крест. Так, например, первыми затягиваются два центральных болта правого и левого рядов, затем два болта, находящиеся слева от центральных, затем два справа от центральных, потом два болта находящиеся слева в обоих рядах и завершают порядок болты находящиеся справа в обоих рядах.

Важно помнить, что крепеж всегда выполняется в три — четыре подхода:

Первый подход – усилие 3-4 кгс.
Второй подход – усилие 7 кгс.
Третий подход – усилие 9 кгс.
Последний подход – усилие 11,5 – 12 кгс.

Ошибки при монтаже головки

Если не использовать динамометрический ключ при монтаже головки блока цилиндров, то можно ошибиться с усилием, что приведет к неравномерному моменту. В таких случаях будет чрезмерное или недостаточное усилие, которое повлечет за собой либо деформацию поверхности головки, либо допуск прорыва газов, масла или охлаждающей жидкости. В обоих случаях это чревато тяжелыми последствиями для двигателя.

При соблюдении правил затягивания крепежных болтов, а также нужного момента, всегда можно рассчитывать на надежную и долговечную работу установленных деталей. Механизм газораспределения в двигателе играет основную роль, поэтому пренебрегать правилами монтажа составляющих элементов не стоит.

Сегодня рассмотрим очень важную тему – Момент затяжки болтов ГБЦ. Головка блока цилиндров притягивается к самому блоку большим количеством болтов, поэтому очень важно не только затягивать все болты по порядку, но и еще с правильным усилием. В статье «Порядок затяжки болтов», я приводил схему и порядок протяжки болтов. Сегодня будем рассматривать усилие.

Замена прокладки ГБЦ, да и вообще снятие – установка головки, процесс сложный и трудоёмкий. Неверный момент затяжки болтов ГБЦ может привести к неприятным последствиям в виде выхода из строя прокладки, сорванной резьбы или оборванного болта. Чтобы этого не случилось и потом не пришлось исправлять ошибки, нужно подойти к вопросу серьёзно. В интернете можно найти много способов, как определить можно использовать болты повторно или нет, но я рекомендую прибрести новые, так как большинство болтов ГБЦ, как и карданных, рассчитаны только на одноразовое использование.

Рассмотрим основные методы затяжки болтов ГЦБ.

Обычными ключами

В некоторых источниках рекомендуется тянуть болты до начала текучести. Я не сторонник такого метода. Обычными ключами можно легко почувствовать эту самую текучесть болта (Вы не увеличиваете усилие, а головка болта продолжает поворачиваться за счет деформации). Попробую перечислить достоинства и недостатки метода:

+ Доступно. Рожковые, накидные ключи, или набор головок с воротком может найти каждый.

+ Не требуется особых навыков.

— На первых этапах протяжки не обеспечить равномерное усилие болтов.

— Можно оборвать резьбу или болт. Пытаться определить начало текучести материала – сомнительное занятие.

Затяжка динамометрическим ключом

Тут уже появляется хоть какая-то ясность и определенность, усилие затяжки уже можно измерять в цифрах, а не по ощущениям. Стоит отметить, что затягивать динамометрических ключом следует в 3 этапа, об этом я писал в статье «Порядок затяжки болтов» и поворачивать ключ плавно, без остановок и рывков. Не забываем и про погрешность ключа. Самые простые ключи дают погрешность до 10% (стрелочные), трещотки около 5%, электронные самую низкую. В процессе эксплуатации ключа, его погрешность только увеличивается. Отличается ли момент затяжки болтов ГБЦ ВАЗ (бензиновый) от момента затяжки болтов ГБЦ дизеля иномарки при одинаковой резьбе? Вопрос спорный. Сложно найти моменты затяжки болтов для разных двигателей. Кто-то советует ориентироваться на стандартный момент затяжки болтов, кто-то категорически этого не советует. В каких-то мануалах по ремонту они прописаны, а в каких-то нет. Плюсы и минусы метода:

+ Можно контролировать усилие затяжки.

+ Обеспечивается равномерная затяжка болтов на всех этапах.

— Динамометрический ключ есть не у каждого.

— Невозможно определить реальную погрешность б/у ключа.

— На момент затяжки влияет ряд факторов: а) Качество резьбы. Рекомендую использовать новые болты и убедиться, что в резьбовых отверстиях резьба непокрыта коррозией или еще чем-то. б) Трение в резьбе и под головкой болта. Рекомендуется слегка смазать резьбу болта и под головкой. Не в коем случаи не надо пытаться смазать резьбу в отверстии в) и другие факторы.

— Сложно найти требуемый момент затяжки для конкретного двигателя. В конце статьи я приведу несколько примеров, в частности момент затяжки болтов ГБВ ВАЗ 2114 и некоторых других отечественных автомобилей.

Комбинированная затяжка

Исходя из достоинств и недостатков простой затяжки и затяжки с использованием динамометрического ключа, все популярнее становится комбинированная затяжка. Иногда её называют затяжкой с доворотом на угол. Суть этого метода заключается в том, что изначально болт затягивается динамометрическим ключом на какой-то момент, а потом поворачивается обычным ключом на определенный угол. В зависимости от узла и производителя, угол поворота может составлять от 90 до 360 градусов. Производитель иногда указывает низкий момент, при котором еще трение резьбы и головки болта практически не вносят свои коррективы, а затем указывает довернуть болт на большой угол. Некоторый механики берут стандартный момент затяжки болтов и затем докручивают каждый болт на 90 градусов. Лучше опираться на значения, указанные производителями.

+ Максимально точная и равномерная затяжка.

+ Уменьшает влияние погрешности динамометрического ключа.

+ Сложность и доступность такая же, как и при использовании динамометрического ключа, но точность выше.

— Динамометрический ключ необходим.

— Если производителем в руководстве по ремонту указан такой метод затяжки, то болты однозначно надо менять или проверять их годность по длине.

— Опять же не так просто найти момент затяжки.

В заключение привожу таблицу с некоторыми указанными моментами затяжки болтов ГБЦ.

Если для Вашей машины в таблице не указан момент, то советую искать руководство по ремонту или каталог запасных частей (в них тоже иногда указывают моменты затяжки), или же искать на форумах. Иногда такую информацию Вам могут предоставить в крупных магазинах запчастей, так как там работают по каталогам и мануалам по ремонту.