A Fiat Punto vezérműtengely ház meghúzási nyomatéka és a modern csavarkötések jelentősége

A modern motorok precíziós mérnöki alkotások, ahol minden egyes alkatrész, még a legkisebb csavar is kritikus szerepet játszik a megbízható és hatékony működésben. A vezérműtengely házának rögzítéséhez szükséges meghúzási nyomaték éppúgy alapvető fontosságú, mint más motoralkatrészek esetében. Az alábbiakban bemutatott általános elvek és a csavarok fejlődéstörténete egyaránt vonatkozik a Fiat Punto vezérműtengely házának szakszerű rögzítésére, biztosítva a motor optimális teljesítményét és hosszú élettartamát.

A csavarkötések szerepe a modern motorokban

A csavarok "népszerűsége" változatlan, egy mai alapmotor 250...320 csavarral szerelt, és ezek között 80...160 típus található. A széles határokat a motorkonstrukció (pl. soros-4 vagy V6) és a típus (pl. dízel vagy Otto) indokolja. A japán motornál hozzávetőleg 15%-kal több a csavarkötés, de ezzel egyidejűleg a felhasznált csavartípusok száma lényegesen kevesebb (japán motort szerelni jó - mondják az autószerelők, míg egy német motor a kéziszerszám-kereskedelemnek kedves...).

A motortechnikában a kritikus csavarkötések sorában, messze az első helyen a hengerfejcsavarok állnak, de a hajtórúd- és a fekvõcsapágyfedél-csavarok sem átlagos esetek. Ezen kritikus alkatrészek közé sorolható a vezérműtengely háza is, melynek pontos rögzítése elengedhetetlen a szelepek és a vezérlés precíz működéséhez.

Fejlődéstörténet és meghúzási technikák

A helyes csavarmeghúzás alapelveit már régen megtanultuk. Fontos, hogy beszerelés elõtt megolajozandó a menet és az alátét, a csavarfej környezete. Továbbá, a hengerfejtömítést nem szabad semmiféle kenőanyaggal kezelni. Szigorúan be kell tartani a meghúzási sorrendet, nyomatékra kell húzni, és célszerű ezt több fokozatban megtenni.

Fogyasztás optimalizálása Punto 2-nél

Az évek során számos további fontos ismeretre tettünk szert. Megtanultuk, hogy adott motortípus az õ saját hengerfejcsavarját igényli, és a nyomatékkulcsnál nem az a lényeg, hogy van, hanem, hogy kalibrált-e. Emellett ismerni kell, és be kell tartani a meghúzási technológiát („mondhatnak akármit, én tudom, mit kell csinálni, ki találta ki azt a marhaságot, hogy két meghúzási sorozat között várni kell, vagy éppen vissza kell ereszteni?”).

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). Továbbá, a csavarok hosszát kell megmérnünk, hogy megállapítsuk, visszaszerelhet ő-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.

A hengerfejcsavarok meghúzása

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. Mindezekből a csavarerőnek igen jelentős, mintegy ±27% a szórása. Nem is volt baj ezzel hajdanán. Az akkori motorokban fellépő gázerőknek, valamint az alkalmazott (lágy)tömítéstechnika követelményeinek biztonsággal megfelelt. Némi kellemetlenséget csak az jelentett az ügyfélnek (a szerviznek munkát és pénzt), hogy a hengerfejcsavarokat időközönként után kellett húzni.

Felni méret bemutató: Fiat Strada 2001

Az egyedi igények és a modern motortechnika kihívásai

„Nagyot változott a motortechnika” - 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 (Jaj annak a motornak, ahol a tuning csúcsnyomásnöveléssel jár együtt, és más intézkedés nem történik.).

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.

A megoldás: a nagy nyúlóképességű csavarok és a szögrehúzás

A megoldás a csavarban van! A nagy nyúlóképességű csavar szakítódiagramja két, jellegzetesen különböző szakaszra osztható: a rugalmas tartományra és a maradó képlékeny alakváltozás tartományára.

Grande Punto EGR szelep problémák

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 és utánhúzás-mentesség

A csavarral szembeni követelményeket az elfordítás függvényében látjuk. A folyáshatárnak (F1) 60 Nm + 180° meghúzás után meghatározott erőtartományban kell lennie. Továbbá 70 Nm meghúzás után, 90° elfordítást a csavarerő csökkenése nélkül kell elviselnie. Fmax és F1 között 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), oldja meg a tömítési problémát hengerfejcsavarral együtt.

Utánhúzás-mentesség

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.

Új csavartípusok és alumíniumcsavarok

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!

Alumíniumcsavar

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.

A meghúzási nyomatékok megértése és alkalmazása

A csavar meghúzási nyomaték alapvető fontosságú a gépek, szerkezetek és más összetett rendszerek biztonságos és hatékony működésében. A csavar meghúzási nyomatékának kiszámítása érdekében figyelembe kell venni több tényezőt, mint például a csavar anyagát, méretét, a csavarozás helyét és a használt alátétek típusát. Ez a képlet alapvető iránymutatást nyújt, de a gyakorlatban gyakran a gyártó által ajánlott értékeket kell követni, különösen speciális alkalmazások esetén.

A Fiat Punto vezérműtengely házának specifikus meghúzási nyomatékai kulcsfontosságúak az alkatrész megfelelő rögzítéséhez és a motor precíz működéséhez. Ezek az értékek a motorgyártó által pontosan meghatározottak, és szigorúan be kell tartani őket. A helyes nyomaték biztosítja, hogy a vezérműtengely háza ne deformálódjon, és a vezérműtengelyek optimális illesztéssel működjenek.

Csavarméret: A csavarméret jelenti az elsődleges kiindulópontot. A méret, azaz a menet átmérője milliméterben (mm) kifejezve, alapvetően meghatározza a szükséges nyomaték értékét. Egy M10-es menetű csavar esetében, amelynek átmérője 10 mm, az ajánlott maximális nyomaték lényegesen magasabb, mint például egy kisebb, M4-es menetű csavaré.
Csavarminőség: A csavarok minősége a felhasznált acél anyagi tulajdonságait jelenti, ami befolyásolja a csavar szakítószilárdságát és terhelhetőségét. A minőség ismerete lehetővé teszi, hogy meghatározzuk a megfelelő meghúzási nyomatékot.
Csavar súrlódása: A súrlódás a csavarkötés egy másik kritikus komponense, melynek két fő területe van: a menetek közötti súrlódás és a csavarfej alatti súrlódás.

A csavarméret, csavar minőség és súrlódás figyelembevétele a csavar meghúzási nyomatékának kiszámításakor létfontosságú a szerkezeti stabilitás és a szerelési munkák biztonságának garantálásához. Az ajánlott nyomatékértékek alkalmazása biztosítja, hogy a csavarozások megfelelő szorítóerővel rendelkezzenek anélkül, hogy túlfeszítenénk vagy károsítanánk az elemeket.

Példák meghúzási nyomatékokra különböző motoralkatrészek esetén

Bár a Fiat Punto vezérműtengely házának specifikus meghúzási nyomatékai nem szerepelnek közvetlenül a rendelkezésre álló adatok között, az alábbi táblázat más fontos motoralkatrészekre vonatkozó értékeket mutat be. Ezek az adatok rávilágítanak arra, hogy a különböző csavarméretek és -típusok milyen precíz nyomatékot igényelnek a motor biztonságos és hatékony működéséhez.

Alkatrész	Meghúzási Nyomaték / Elfordítás
Hengerfej csavarok, 1. fázis	20 Nm
Hengerfej csavarok, 2. fázis	30 Nm
Hengerfej csavarok, 3. fázis	90°
Hengerfej csavarok, 4. fázis	90°
Főtengely csapágy csavarok, 1. fázis	20 Nm
Főtengely csapágy csavarok, 2. fázis	90°
Hajtókar csapágy csavarok, 1. fázis	20 Nm
Hajtókar csapágy csavarok, 2. fázis	40°
Automata váltó olajleeresztő csavar	25 Nm
Kerékcsavarok (acélfelni)	86 Nm
Kerékcsavarok (alufelni)	98 Nm
Gyújtógyertyák	25 Nm
Olajleeresztő csavar	20 Nm
Olajszivattyú rögzítő csavarjai	10 Nm
Olajteknő csavarjai	10 Nm
Motor-váltó összekötő csavarok	80 Nm
Motor-váltó tartóbakok:
Bal oldali tartóbak rögzítése a kasztnihoz	25 Nm
Bal oldali tartóbak rögzítése a váltóhoz	50 Nm
Bal oldali tartóbak középső csavar	90 Nm
Hátsó (alsó) tartóbak rögzítése a segédvázhoz (bölcsőhöz)	120 Nm
Hátsó (alsó) tartóbak rögzítése a váltóhoz	80 Nm
Jobb oldali tartóbak alsó tartó rögzítése a hengerfejhez	22 Nm
Jobb oldali tartóbak felső tartó rögzítése az alsó tartóhoz	50 Nm
Jobb oldali tartóbak rögzítése a kasztnihoz	45 Nm
Sebességváltó kar ház felső csavarok	25 Nm
Sebességváltó kar ház alsó csavarok	30 Nm
Váltóolaj leeresztő és szintellenőrző csavarok	25 Nm
Lendkerék	44 Nm
Kuplung szerkezet	16 Nm
Főtengely hosszbordás szíj tárcsa	22 Nm
Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar, 1999-2001	22 Nm
Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar, 2001-től, 1. fázis	20 Nm
Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar, 2001-től, 2. fázis	90°
Főtengely szimering ház csavarjai	10 Nm
Forgattyúsház rögzítése a motorblokkhoz, 1. fázis (1.2 16V)	20 Nm