BMW E36 Hengerfej Csavarok: A Megfelelő Meghúzási Nyomaték és Technológia Kritikus Szerepe
A motor szerelésekor sok csavart kell meghúzni, de a hengerfej csavarjai egészen más kategóriába tartoznak. Ha a csavarokat nem a gyári előírás szerint húzzuk meg, az azonnal problémát okozhat. A motorhiba egyik legköltségesebb oka gyakran nem a technológia, hanem a figyelmetlenség. A hengerfej meghúzási nyomatékának betartása tehát nem formaiság, hanem létfontosságú művelet.
A Helytelen Meghúzás Következményei
Ha túl lazák a csavarok, akkor a tömítés nem tud megfelelően zárni, és szivárogni kezd az olaj vagy a hűtőfolyadék. Ez kezdetben csak enyhe melegedésként vagy apró olajfoltként jelentkezik, de később komoly hengerfej-tömítés hibát okozhat. A másik véglet, a túlhúzás, legalább ekkora baj. A hengerfej feszültsége ilyenkor nő, és megrepedhet az öntvény. Nem ritka az sem, hogy egy túlhúzott csavar kitépi a menetet a blokkban, így még az is előfordulhat, hogy az egész motort szét kell szedni és újrafúratni.
A Szakember Munkája: Precíziós Meghúzás
A hengerfej meghúzása nem csupán egy mozdulat - hanem egy precíziós művelet, amit szigorú sorrendben és pontos értékekkel kell elvégezni. A szakember első dolga, hogy ellenőrizze a gyártó által megadott nyomatékértékeket és meghúzási sorrendet. A folyamat során nyomatékkulcsot használnak, ami garantálja, hogy minden egyes csavar pontosan a meghatározott erővel legyen meghúzva. A csavarokat több lépésben, fokozatosan húzzák meg - először enyhébb értékre, majd végső nyomatékra. Gyakran alkalmaznak szögmérőt is, amellyel nemcsak az erőt, hanem a csavar elfordulásának mértékét is ellenőrzik. Ez különösen modern motoroknál fontos, ahol a csavarok rugalmasan nyúló (yield) kialakításúak. Ez a fajta precizitás az, ami megkülönbözteti a hozzáértő szervizt a barkácsolástól.
A Hengerfejcsavarok Meghúzási Technológiájának Fejlődése
A motortechnikában a kritikus csavarkötések sorában, messze az első helyen a hengerfejcsavarok állnak, de a hajtórúd- és a fekvőcsapágyfedél-csavarok sem átlagos esetek. Már régóta megtanultuk, hogy:
- beszerelés előtt megolajozandó a menet és az alátét, a csavarfej környezete,
- a hengerfejtömítést nem szabad semmiféle kenőanyaggal kezelni,
- szigorúan betartandó a meghúzási sorrend,
- nyomatékra kell húzni és
- célszerű ezt több fokozatban megtenni.
Az idők során azt is meg kellett tanulnunk, hogy:
- adott motortípus az ő saját hengerfejcsavarját igényli,
- a nyomatékkulcsnál nem az a lényeg, hogy van, hanem, hogy kalibrált-e,
- ismerni kell, és be kell tartani a meghúzási technológiát.
Végezetül ma már azt is tudjuk, hogy:
- kombinált meghúzási technikát kell alkalmazni - nyomatékra, majd „szögre” húzunk, mindezt több lépcsőben, és lassan (kb. 2 fok/másodperc),
- a csavarok hosszát kell megmérnünk, hogy megállapítsuk, visszaszerelhető-e, vagy a gyár egyáltalában nem engedi a másodszori felhasználást. (Egy 10.9-es M10-es csavar átmérője, ha a nyúlás következtében valahol 0,3 mm-rel kisebb lesz, terhelhetősége 10-15%-kal csökken. ElringKlinger adat.)
A „bármilyen csavar jó, csak a menete, hossza és esetleg a szilárdsági osztálya stimmeljen, mert én nyomatékkulccsal húzom” - hozzáállás ma már motorgyilkos lehet. Addig, ameddig a csavart anyagának rugalmassági tartományában használtuk, addig hellyel-közzel igaz is volt a fenti „hozzáállás”. Ennél a technikánál nehézséget az előírt csavarerő tényleges beállítása jelent. A nyomatékra (megadott nyomatékértékre) történő meghúzás csak akkor eredményezi maradéktalanul a megkívánt csavarerőt (összehúzó erőt), ha nincsenek rendellenesen nagy parazita nyomatékok az alátétnél és a menetnél.
Tehát, ha a csavarfejre kifejtett meghúzási nyomaték egy, a normálisnál nagyobb hányadát nem kell a jelölt helyeken kialakuló ellennyomaték leküzdésére fordítani. Ezen, mint említettük, a parazita nyomaték csökkentését a gyártók anyagpárosítással, felületkezeléssel és kenési előírással (olajozd meg!) érik el. Ha be is tartjuk az előírásokat, és a nyomatékkulcsunknak hihetünk, akkor is lehet még egy kritikus pont, és ez a csavar mechanikai tulajdonságainak anyagából, gyártásából eredő szórása. Hajdanán, az akkori motorokban fellépő gázerőknek, valamint az alkalmazott (lágy)tömítéstechnika követelményeinek biztonsággal megfelelt ez a módszer. Némi kellemetlenséget csak az jelentett az ügyfélnek (a szerviznek munkát és pénzt), hogy a hengerfejcsavarokat időközönként után kellett húzni.
Modern Motortechnika és a Csavarkötések
„Nagyot változott a motortechnika” - ez a közhely a csavarkötésekre is igaz. Egymásnak szinte a végletekig ellentmondó követelmények, műszaki „együttállások” jelentek meg. Kezdjük az égéstéri gáz csúcsnyomással. A Zsiguli-korszakban még átlagosan 80 bar volt az égési csúcsnyomás. Nagy haszongépjármű-dízelmotoroknál pedig, az akkor határesetnek számító 130 bar. Ma a legkisebb dízelmotorokban is 150-170 bar a hétköznapi érték, és a szakirodalom szerint az eljövendő motorok a 220 bart ostromolják. Mindehhez könnyűfém hengerfej vagy teljesen könnyűfém motor társul, mely két járulékos nehézséget is magával hoz. Az egyik, ezen anyagok nagy hőtágulása, mely üzemmeleg esetben rendkívül nagy csavarerő-növekményt eredményez (a hengerfej jobban tágul, mint a hengerfejcsavar).
A másik probléma az, hogy a könnyűfém blokkban a menet teherbíró képessége nagyon is véges, tehát ez is behatárolja az erőt. A mai könnyűfém motorok - alig vannak falvastagságok - hengerhüvely-deformációra nagyon érzékenyek, tehát nem lehet a tervezett értéknél nagyobb erővel meghúzni a csavarokat, mert ezzel például olajfogyasztást viszünk be a motorba. A konstruktőrök ma még megoldják a problémákat, de rendkívül „penge módon”, határhelyzetre kiszámítottan. Ez azt jelenti, hogy a tervezett, és kísérletekkel meghatározott csavarerőt nagy pontossággal kell tudni beállítani a meghúzásnál, és a hőterhelés növekedésével (könnyűfém motor) sem nőhet jelentősen a csavarerő.
Focus MK2 motorcsere lépésről lépésre
A Megoldás: Nagy Nyúlóképességű Csavarok
A megoldás a csavarban van! A nagy nyúlóképességű csavar szakítódiagramja két, jellegzetesen különböző szakaszra osztható: a rugalmas tartományra és maradó képlékeny alakváltozás tartományára. A rugalmas tartományban az erővel arányos a csavar nyúlása, a csavar itt lineáris karakterisztikájú rugóként viselkedik. Ha az erő megszűnik, a csavar visszanyeri eredeti hosszát. Klasszikusan ebben a tartományban terheljük a csavarokat. A maradó képlékeny alakváltozás tartományában nagyon lapos a karakterisztika, a csavar további erőt már alig képes felvenni, az erőnövekmény a csavar nyúlását eredményezi. Erre a szakaszra erőhatárolás jellemző. Ha ezt az erőt megszüntetjük, a csavar terheletlen hossza nagyobb lesz mint kiindulásnál, tehát a csavar megnyúlik.
Miért előnyös, hogy a maradó képlékeny alakváltozás tartományába húzzuk a csavart? Mert a tervezett erőt biztonsággal beállíthatjuk, nem lesz nagy a csavarerő szórása, nem lesz meghúzási nyomatékfüggő. A feltétel csupán annyi, hogy a csavart húzzuk be a maradó képlékeny alakváltozás (lapos erőkarakterisztikájú) tartományába. Ezt biztonsággal az előírt csavarelfordítással, tehát a „szögrehúzással” érjük el. A felfektetés nyomatékkal, ún. illesztő nyomatékkal történik (60-70 Nm), ezt követi, általában több fokozatban, kis szünettel (a kristályszerkezetnek idő kell az alakváltozáshoz), a szögértékre húzás.
Követelmények a Modern Hengerfejcsavarokkal Szemben
A csavarral szembeni követelményeket a modern motortechnikában szigorúan specifikálják. Az elfordítás függvényében látjuk, hogy a folyáshatárnak egy meghatározott erőtartományban kell lennie 60 Nm + 180° meghúzás után. Továbbá 70 Nm meghúzás után, 90° elfordítást a csavarerő csökkenése nélkül kell elviselnie. A maximális és folyáshatár közötti erőnek legalább 4000 N-nak kell lennie. A karakterisztika-szakasz ugrás- és hullámzásmentes kell, hogy legyen. A konkrét értékeket a gyártó (motorgyártó a tömítésgyártóval együtt) határozza meg. Ma már a motorgyártó általában ezt az alkatrészcsoportot kompletten átadja a fejlesztés során a beszállítónak (például az ElringKlingernek), hogy oldja meg a tömítési problémát hengerfejcsavarral együtt.
Az ARP Csavarok: Etalon a Tuning és Versenypiacon
Az ARP csavarok a tuning- és versenypiacon etalonként emlegetett rögzítőelemek: precíz gyártás, következetes hőkezelés és jól dokumentált meghúzási eljárások állnak mögöttük. Ha nagyobb töltőnyomás, emelt kipufogógáz-hőmérséklet, magas fordulat vagy rendszeres pályahasználat szerepel a terveid között, az ARP a motor megbízhatóságát adó „láthatatlan biztosíték”. Fontos kelléke a motorszerelésnek a csavarok megfelelő nyomatékolásához használatos kenőanyag. Az ARP minden termékét ilyen Ultra-Torque anyaggal kell bekenni, mielőtt nyomatékkulccsal, vagy a csavar nyúlás mérése mellett meghúzod őket.
Mikor Melyik ARP Csavart Használjuk?
A „mikor elég az egyik és mikor kell a másik” kérdésre nincsen egyetlen jó válasz, de az alábbi irányelvek jól használhatók utcai-tuning és klubszintű versenykörnyezetben is. A mérvadó tényezők: várható hengerközépnyomás, csúcshőmérséklet, fordulatszám, a mozgó tömegek (dugattyú, hajtókar) és a felhasználás hossza (sprint vs. endurance).
Tudjon meg mindent a Chevrolet Aveo műszaki adatairól
A tömítés biztonságát adják magas hengerközépnyomásnál; pályázóknak gyakran a tőcsavar a jobb, mert egyenletesebb a leszorítás és javul az ismételhetőség. Magyar példákkal élve: 1.8T, 2.0 TFSI, 1.9 TDI - ezeknél a tuninglépcső növekedésével egyre inkább indokolt az ARP szett.
A legdurvább ciklikus igénybevétel a hajtókarcsavaroknál jelentkezik (fordulatszám × mozgó tömeg). 8740/ARP2000 sokszor elegendő, L19/625+ akkor kell, ha a fordulat és a dugattyúcsoport tömege extrém kombinációban jelenik meg, vagy endurance alatt tartósan a határon üzemel a motor. A nyomatékcsúcsok és az ütőterhelés miatt itt is kritikus a minőség és a megfelelő előfeszítés.
ARP Csavarok Anyagai
Az ARP csavarok különböző anyagokból készülnek, melyek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek:
| Anyag | Jellemzők | Alkalmazás |
|---|---|---|
| 8740 Króm-molibdén acél | Általánosan nagy szilárdság (~200 ksi), jó fáradásállóság, kedvező ár/érték. | Hajtókarcsavar, főcsapágyház/nyugvócsésze tőcsavar, lendkerékcsavar, ahol a hőterhelés nem extrém, de a ciklikus igénybevétel magas. |
| ARP2000 | Emelt szakítószilárdság (~220 ksi), stabil fáradásállóság. | Ahol a boost már nem széria, a hengerfej-tömítés terhelése érzékelhető, és a nyomatékcsúcsok jelentősek. Hengerfej tőcsavarhoz és hajtókarhoz is bevált - pályanap + mindennapi használat kombinációjára optimális kompromisszum. |
| L19 | Rendkívül magas szilárdsági szint (~260 ksi), ugyanakkor a korrózióra és a helytelen kezelésre érzékenyebb, ezért fokozott előkészítést és gondos nyomatékolást igényel. | Drag, magas fordulat, extrém gyorsítás-gyors lefutású ciklusok. |
| 625+ | Nikkelalapú szuperötvözet kiemelkedő szakítószilárdsággal (jellemzően 260-280 ksi), kiváló korrózió- és hőállósággal. | Endurance, magas kipufogógáz-hőmérsékletű turbókörnyezet, nagy tartóssági igény. |
| Rozsdamentes acél | Magas hőmérsékleten is jól tartja a szilárdságát, jó korrózióállóság, esztétikus. | Szelepfedél, vízpumpa, burkolatok. Speciális környezetben (turbó-közeli csavarok, kipufogó-oldali kiegészítők). |
ARPInstallVideo
Fontos Tudnivalók az ARP Csavarok Beszereléséhez
- Nyomaték vs. nyúlás (bolt stretch): ahol lehet, a nyúlás mérése pontosabb képet ad az előfeszítésről, mint önmagában a nyomaték.
- Egységes kenés: a súrlódási tényező közvetlenül hat az előfeszítésre.
- Menetek előkészítése: tisztítás, menetfutás ellenőrzése, menetjavítóval átfuttatás.
- Kalibrált szerszám: megbízható nyomatékkulcs, rendszeres ellenőrzés.
Új Csavartípusok és Anyagok
A gyártónak a csavar mechanikai tulajdonságait, nyúlóképességét, egyenletes feszültségeloszlását kell tudni beállítani. A nagy nyúlóképességű, ún. magra gyengített csavarokat régen ismerjük és alkalmazzuk. A csavargyártók a mechanikai tulajdonságok beállítása és a gyártási költségek minimalizálása okán számtalan új csavarfajtát fejlesztettek ki. A végigmenetes csavar is a nyúlóképesség beállítását célozza, újabban pedig a csavarmenet után a szárra, hidegalakítással, egy- vagy kétbekezdésű „zsinór-menetet” tesznek. Hadd emlékeztessünk ismét, ma minden motorhoz saját csavartípust írnak elő!
Alumíniumcsavarok az Autóiparban
Az alumíniumcsavarok autóipari alkalmazása sokáig kutatói berkekben, a kutatóműhelyek falai között maradt. Mára megszületett a szériaérett megoldás. A kontaktkorrózió elkerülése végett elsősorban a magnézium szerkezeti egységek kötéséhez kell alkalmazni. Ha magnéziumot alkalmaznak, akkor ott bizonyára a szerkezet kis tömege az elsődleges, így ehhez nem lenne „illő” a bevonatos acélcsavar. A felhasználás ennél szélesebb körű, hiszen a könnyűépítés mindenütt megkívánja a kötőelemek tömegének a csökkentését is. A KAMAX cég adatai alapján az alumíniumcsavar (Al 6056) nagyobb, mint 400 N/mm2 húzófeszültségű, melegszilárdsága 150 °C-on még névleges, de 180 °C-ig sem kritikus.
Utánhúzás-mentesség: A Modern Motorok Követelménye
A szervizigény csökkentése és a hengerfejtömítés szempontjából általában „kihegyezett” szériamotorok megkövetelik a hengerfej utánhúzás-mentességét (a szerviz csak rontana rajta - mondják). Mivel a mai egy- vagy többrétegű fém hengerfejtömítések üzem közben már nem ülnek össze - mivel a csavarerő egyértelműen annyi, amennyit előírtak -, nincs szükség az utánhúzásra. Ez ma már általános követelmény és gyakorlat.