A precíz hengerfej meghúzási nyomaték és cseréje Opel Astra F (C14NZ) motor esetén
Amikor egy motor szerelésére kerül sor, számos csavart kell meghúzni, de a hengerfej csavarjai egészen más kategóriába tartoznak. A hengerfej meghúzási nyomatékának betartása nem formaiság, hanem létfontosságú művelet. A motorhiba egyik legköltségesebb oka gyakran nem a technológia, hanem a figyelmetlenség.
A hengerfej meghúzási nyomatékának fontossága
Ha a csavarokat nem a gyári előírás szerint húzzuk meg, az azonnal problémát okozhat. Ha túl lazák, 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, mivel a hűtőfolyadék vagy az égéstérből származó gázok kiszivárognak.
A másik véglet, a túlhúzás, legalább ekkora baj. Ha túl szorosak, az anyag feszültsége megrepesztheti magát a fejet, vagy tönkreteheti a csavarmenetet. 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 szakszerű hengerfej szerelés alapjai
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 meghúzása
Opel Astra F (C14NZ) hengerfej cseréje: Előkészületek és szétszerelés
Azoknál a típusoknál, amiket ezzel a motorral gyártottak, bizony már benne vannak a korban, így akarva-akaratlanul sor kerül a motor hengerfejezésére, ami többek között azt jelenti, hogy ki kell cserélnünk a hengerfej tömítését. Ehhez a mutatványhoz lényegében a fél motort ki kell vennünk a motortérből, maga a blokk és a váltó marad, viszont a hengerfej, a szívócsonk az injektor házzal és a leömlő teljesen kijön.
Tippek az Opel Meriva A oszlop javításához
Ehhez a típusú motorhoz a hengerfejtömítés kb. 4-6 ezer Ft körül kapható, persze ez nagyban függ a márkától és a bolttól. Mivel kikerül a motortérből a hengerfej és vele együtt a szívó- és leömlő rész is, könnyen hozzáférhető és cserélhető lesz a tömítésük. Ezek a tömítések 1-3 ezer Ft körül kaphatóak.
Ami fontos, sok helyen, amikor kinézik a katalógusból a szívósor tömítését, két típust dob ki a gép, ugyanis a C14NZ-t négyzet alakú lyukas tömítéssel szerelték, viszont kapható hozzá körlyukas változat is. Természetesen az innen-onnan importált Chevrolet, Holden vagy Vauxhall típusokban lehet a második variáció, de ha Opel, akkor 99%-ban biztos, hogy a négyzetes a nyerő, tehát ezt is kell vennünk.
Tulajdonképpen a szelepfedelet nem kötelező levenni ilyenkor, mert nem kell belül semmit szétszednünk ott. A hengerfej csavarok fellazításakor, illetve a hengerfej megmozdításakor a hidrotőkék úgyis fel fogják nyomni a hengerfejet, és ekkor el is válik a vezérműtengely házától. Itt jogosan felmerül a kérdés, hogy a hengerfej és a vezérműtengely ház közé milyen tömítést kell venni, a válasz, hogy semmilyet, mivel ott gyárilag is fém a fémen tömítés van. Épp ezért a szétszedéskor még véletlenül se feszegessük semmivel ott, és a leszedés után inkább fejjel lefelé tegyük le, mint arra a felületre, mert ott, ha megsérül, nem fog tökéletesen tömíteni. Ezen kívül, ha már a vezérműszíj cseréje is közeleg, érdemes ezt is kicserélni, így nem kell többször megbontani a vezérlést, hiszen most úgyis megbontjuk.
A bontási folyamat részletes lépései
Mielőtt bárminek is nekiállunk, a vezérlést jelre kell állítanunk, mivel le kell bontanunk, így ugyan azt kell végrehajtanunk, mint a vezérműszíj cseréje előtt. Az NZ-s motorok 8 szelepesek, tehát 1 db vezérműtengely és fogaskerék van, amit jelre kell állítanunk. Ezt a jelet megtaláljuk a tárcsán egy bemart nyíl képében, a vezérlés műanyag házán felül pontosan 12 óra irányában pedig ott lesz egy bevágás, ehhez kell beállítanunk a tárcsát. Ha jó a vezérműszíjunk és beállítottuk felül a jelet, akkor alul is jó lesz, de leellenőrizhetjük ott is, mivel az alsó főtengely tárcsán is lesz egy jel, illetve a blokkon is, amit össze tudunk nézni.
Most minden felesleges és útban lévő kábelt, csövet és egyéb dolgot le kell bontanunk a motorról, hogy kiemeléskor ne akadályozzanak minket:
Zafira EcoFlex olajszűrő csere útmutató
- Légszűrőház csöve (légszűrő és az injektor ház közti vastag cső)
- Légszűrőház (előtte húzzuk le a zsalumozgató vákuumcsövét)
- Injektor fedele és az összes rá menő vákuumcső
- Generátor fellazítása
- Akkusarú negatívját vegyük le a zárlatok elkerülése végett
- Benzincsövek az injektoron (minimális benzin ki fog folyni)
- Radiátor visszatérő csövét a szívócsonk hátuljáról
- A szelepfedél mentén haladó motorkábelek
- Gyújtáselosztó és a kábelek (meg lehet számozni őket, de összekeverni nem nagyon lehet, mert csak egy helyre érnek el)
- Leömlő és a kipufogó csőrögzítő csavarjai
- Szívócsonkon található fő-vákuumcső levétele
- Hengerfej bal hátsó felén található kartergáz visszavezető cső levétele
Minden csavart, ami a bontáskor a kezünkbe kerül, tegyük zacskókba vagy tálba feliratozva, hogy mi hova való, így nem lesz összeszereléskor hiányzó csavar.
Ha minden útban lévő kábelt és alkatrészt elbontottunk, le kell engednünk a hűtővizet, ugyan is az olajjal ellentétben a víznek nincs úgynevezett teknője, csak egy kiegyenlítő tartálya, ami ráadásul az egész vízrendszer legmagasabb pontja, így ha megbontanánk a motort leengedés nélkül, folyna mindenhol a víz. A vizet a legegyszerűbben a hűtő alján található gombát kitekerve tudjuk leengedni, a vizet fogjuk fel valamibe, mert megszűrés után vissza lehet tölteni, ha nem érett még meg a cserére.
Most már neki lehet állni a motor szétbontásának. Első körben le kell vennünk a vezérlés elemeit, amihez előbb le kell vennünk a főtengely tárcsáját, ami hajtja a generátort a szíjon keresztül, majd a vezérlés burkolatának fedelét. A feszítőgörgő fellazításához szükségünk lesz egy 4-es fúrószárra, vagy azonos átmérőjű pálcára. Ha ezzel megvagyunk, vegyük le a vezérműtengely tárcsáját, hogy ne legyen útban, illetve ne verjük le véletlenül a fogazását.
A csavarokat az alábbi képen látható sorrendben lazítsuk meg. Először negyed fordulatot, majd felet mindegyiken és úgy lehet kitekerni őket, így elkerülve a deformációt. Maguk a csavarok a vezérműtengely ház „talpán” helyezkednek el.
Először a vezérműtengely házát kell leemelnünk, mivel ez alatt ott lesznek a himbák, a hidrotőkék és egyéb kis alkatrészek, amiket ki kell szednünk. Tehát finoman emeljük le a vezérműtengely házát, tegyük félre, majd vegyük le a himbákat, a szeleptányérokat, és utána az összes hidrotőkét húzzuk ki a foglalatából.
Milyen kerékpártartót válasszak Insignia Kombihoz?
Most emeljük ki a maradék felső részt a motortérből és tegyük félre. Kiemeléskor nagyon vigyázzunk a leömlőbe tekert lambdaszonda épségére, ha leverjük, tönkremegy és magas lesz a fogyasztásunk. A kivételét azért nem javasoltam, mert a meglazításakor el szokott pattanni, mivel állandó hő alatt van. Illetve a kiszedéskor figyeljünk az átlóban a két sarokra elhelyezett központosító gyűrűkre is, ne veszítsük el őket.
Kivétel után szemügyre tudjuk venni a szelepek állapotát. Ha ilyen szép világosak, mint a képen, akkor megfelelően zártak és nyitottak, illetve megfelelő volt az égés. Ilyenkor, ha akarjuk, meg lehet csinálni a szivárgástesztet, mindegyik szelephez öntsünk benzint úgy, hogy szintben álljon és figyeljük, ha egyformán tűnik el, akkor jól zár mindegyik, ha valahol elfolyik gyorsan, akkor annál a hengernél baj van és fel kell újítani. Illetve, most végre lehet hajtani a szívó és kipufogó oldali tömítések cseréjét is, paszta használata nélkül.
Tisztítás és előkészítés az összeszereléshez
Ezután érdemes először letakarítani a tömítés felfekvő felületeit, majd a hengerfej alsó és felső oldalát is, illetve a vezérműtengely házának alját is takarítsuk le tisztára. Csiszolópapír használatát nem ajánlom, még az 1000 felettit sem, illetve a csavarhúzóval történő kapargatást is felejtsük el. A tisztítás közben vigyázzunk az összes takarítandó felületre, ne ejtsünk rajta mély bevágásokat, véseteket, főleg a hengerfej alján és tetején.
Itt azért megemlítem, hogy kinek mennyire engedi meg a pénztárcája, el szokás küldeni a hengerfejet felújításra. Erre vannak külön műhelyek, ilyenkor síkba köszörülik a hengerfejet, hogy tökéletesen felfeküdjön, illetve a szelepülékeket is marással helyreállítják, ha szükséges. Továbbá, ilyenkor lehet cserélni az összes szelepszár tömítést is, abban az esetben, ha nem ette az olajat, vagy nem füstölt, akkor nem kötelező cserélni.
Következő lépésben az összes hidrotőkéből ki kell préselnünk az olajat. A hidrotőkék kinyomását én úgy oldottam meg, hogy egy régi himbát felhasználtam és a hidrotőke golyós végét beletettem a himba foglalatába. Ha nem csinálnák meg ezt a műveletet és úgy próbálnánk összerakni, nem lehetne rátenni a vezérmű házat a hengerfejre, mert a hidrotőkék fenntartanák. Kinyomás után majd rá kell segíteni, mert még úgy is fent fog maradni, viszont már könnyen le lehet nyomni a helyére.
Miután mindent felületet letakarítottunk és elkészültünk a hidrotőkékkel is, még ki kell takarítanunk az összes hengerfej csavar furatát, ha kosz kerülne bele és úgy húznánk meg a csavarokat, szétrepedhet a blokk és utána kuka az egész. Fúvassuk ki levegővel, az a legjobb módszer.
Az Opel Astra F hengerfej összeszerelése
A hengerfejtömítés, amit rá kell tennünk a blokkra, ránézésre szimmetrikusnak és azonosnak tűnik, viszont ha jól megnézzük, nem az, mert az alsó részen más nyílások is vannak a víznek, épp ezért a blokkra helyezéskor figyeljünk oda, hogy minden lyuk 100%-ban stimmeljen a tömítésen kivágott lyukkal. Lehet kapni többféle tömítést is, én mindenképpen azt a fajtát ajánlom, amiben megtalálható a tömítőanyag csík is.
Rakjuk fel a blokkra a hengerfejtömítést, majd a már összeépített hengerfejet a szívó és leömlő oldallal, itt ismételten vigyázzunk a lambdaszonda épségére. Ezután, elkezdhetjük visszapakolni a hidrotőkéket, a himbák foglalatát a szeleprugó tetejére, majd a himbákat is. Most már rátehetjük a vezérműtengely házát is és jöhetnek a hengerfej csavarok.
Ha még a gyári csavarok voltak bent (hatlapfejűek), akkor még két lehetőség áll fenn, vagy nem hengerfejezték még a motort, vagy már igen, csak nem cseréltek még csavart. Azonban, ha már Torx csavarok vannak bent, hengerfejezve volt már. Minden esetben használjunk teljesen új hengerfej csavarokat az összerakásnál, a régi csavarok megnyúlnak, ezért nem lehet őket újra felhasználni.
Miután mindent feltettünk, bekerültek a csavarok is, kézzel kapassuk be őket, majd nagyjából tekerjük is be csak kézzel. Meghúzáshoz használjunk nyomatékkulcsot, ami legalább a 30 Nm-ig állítható.
A meghúzási sorrend az alábbi képen látható. A meghúzási nyomaték első körben 25 Nm. Majd még háromszor 60°-ot kell húzni rajta, háromszor körbehúzva a megadott sorrendben a hengerfejet! Semmiképpen ne egyszerre húzzuk meg a 180°-ot!
Miután meghúztuk, ha már úgyis koszos a kezünk, lecserélhetjük a szelepfedél tömítést is. A csavar kiszedési sorrend nem számít, levétel után itt is tisztítsuk meg mindkét felületet. Ha már levettük a szelepfedelet, vegyük ki a belső szűrőt belül és áztassuk be brigéciolba, majd mossuk ki és úgy tegyük vissza. A szelepfedél meghúzási sorrendje az alábbi képen látható, a meghúzási nyomaték: 8 Nm.
Ezután elkezdhetünk mindent visszapakolni a motorra. Ha végeztünk, többször ellenőrizzük, hogy minden csavart meghúztunk-e, minden csatlakozó a helyén van és jó helyen van-e. Főleg a benzin csőnél számít, a bejövő és visszatérő ág, ha fordítva tesszük fel, a motor nem indul el, mert nem kap benzint. Töltsük fel hűtőfolyadékkal, a kiegyenlítő tartály pereméig.
Ezzel el is készültünk a motor hengerfejezésével, vigyük el egy körre, próbáljuk meg minél jobban elérni vele az üzemi hőmérsékletet (90-92°C). Ha visszaértünk a tesztútról, hagyjuk lehűlni a motort teljesen, majd ellenőrizzük a hengerfej csavarokat a nyomatékkulccsal.
A hengerfej csavarok fejlődéstörténete és modern technológiája
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 motortechnikában a kritikus csavarkötések sorában, messze az első helyen a hengerfejcsavarok állnak, de a hajtórúd- és a fekvõcsapágyfedél-csavarok sem átlagos esetek.
Megtanultuk már régen, 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.
Azután azt is meg kellett tanulnunk, hogy adott motortípus az õ 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.) 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. Ezen a parazita nyomaték csökkentését a gyártók anyagpárosítással, felületkezeléssel és kenési előírással 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. A csavarerőnek igen jelentős, mintegy ±27% a szórása.
Egyedi igények és a modern motorok kihívásai
„Nagyot változott a motortechnika” - közhely, de 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. 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.
A megoldás: nagy nyúlóképességű csavarok (stretch bolts)
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 szögértékre húzás.
A csavarral szembeni követelményeket az alábbi diagram szemlélteti. 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.
Utánhúzás-mentesség
A szervizigény csökkentése és a hengerfejtömítés szempontjából általában „kihegyezett” szériamotorok megkövetelik a hengerfej utánhúzás-mentességét. 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
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 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. A felhasználás ennél szélesebb körű, hiszen a könnyűépítés mindenütt megkívánja a kötőelemek tömegének a csökkentését is. Az alumíniumcsavar (Al 6056) nagyobb, mint 400 N/mm² húzófeszültségű, melegszilárdsága 150 °C-on még névleges, de 180 °C-ig sem kritikus.