Механічна частина двигуна / Болт головки циліндрів

Болт головки циліндрів

Болт головки циліндрів - це високоміцний кріпильний елемент, який притискає головку блока циліндрів і прокладку до блока циліндрів. Комплект болтів повинен створити достатнє та рівномірне зусилля по всій площині стику, щоб одночасно герметизувати камери згоряння, канали моторної оливи й сорочку охолодження.

Болт працює не просто як нерухомий стрижень. Під час затягування він пружно або пружно-пластично подовжується і створює постійне осьове зусилля. Саме це зусилля, а не число на динамометричному ключі, утримує головку під час згоряння, нагрівання, охолодження та різного теплового розширення деталей.

Англійські технічні терміни: болт головки циліндрів - Cylinder Head Bolt; комплект болтів - Cylinder Head Bolt Set або Head Bolt Set; розтяжний болт - Torque-to-Yield Bolt або TTY Bolt; попереднє навантаження - Bolt Preload; кутове затягування - Torque-Angle Tightening.

Головний принцип: момент затягування, кут довороту, мастило різьби, порядок проходів і можливість повторного використання визначаються тільки документацією конкретного двигуна. Універсального моменту для всіх болтів головки не існує.

Не встановлюйте болти лише за зовнішньою схожістю.
Не використовуйте старий TTY-болт, якщо виробник вимагає новий комплект.
Не наносіть оливу або мастило, якщо процедура передбачає суху різьбу.
Не затягуйте суху різьбу, якщо документація вимагає змащування.
Не залишайте оливу, антифриз або воду в глухих різьбових отворах.
Не очищайте різьбу невідповідним мітчиком, який знімає матеріал блока.
Не плутайте болти різної довжини та положення.
Не застосовуйте ударний гайковерт для остаточного затягування.
Не виконуйте додаткову протяжку після запуску, якщо вона не передбачена.
Не встановлюйте нову прокладку без перевірки головки, блока та різьбових отворів.

Для чого потрібні болти головки

У камері згоряння виникає тиск, який намагається відокремити головку від блока. Одночасно алюмінієва головка, чавунний або алюмінієвий блок, сталева прокладка й болти мають різні коефіцієнти теплового розширення.

Болти виконують кілька завдань:

притискають головку блока до блока циліндрів;
стискають прокладку до робочої товщини;
утримують тиск згоряння всередині циліндрів;
герметизують масляні й охолоджувальні канали;
обмежують мікропереміщення головки по площині;
компенсують теплове розширення деталей;
розподіляють навантаження між усіма точками кріплення;
підтримують герметичність під час багаторазових теплових циклів.

Як виникає зусилля притискання

Під час затягування різьба переміщує болт відносно блока. Головка болта або шайба притискається до поверхні головки циліндрів, а стрижень подовжується.

Подовжений болт прагне повернутися до початкової довжини й створює осьове зусилля. Головка, прокладка та блок стискаються між головкою болта й різьбовим з'єднанням.

Важливі не тільки міцність болта й момент на ключі. На фактичне притискання впливають:

тертя в різьбі;
тертя під головкою або шайбою;
чистота різьбового отвору;
наявність оливи, герметика або корозії;
точність діаметра й кроку різьби;
довжина болта;
жорсткість його стрижня;
товщина прокладки;
площинність головки та блока;
послідовність затягування.

Основні типи болтів

Звичайний високоміцний болт

Такий болт затягується переважно в межах пружної деформації. Після послаблення він може повернутися до початкової довжини.

Повторне використання можливе тільки тоді, коли це прямо дозволено виробником, а довжина, різьба, головка й поверхні відповідають допускам.

Розтяжний TTY-болт

Torque-to-Yield Bolt затягується до контрольованого подовження, частково за межами чисто пружної роботи матеріалу. Зазвичай застосовується процедура з початковим моментом і одним або кількома кутовими доворотами.

Перевага TTY-конструкції - більш стабільне зусилля притискання при допустимих відмінностях тертя. Недолік - залишкове подовження після демонтажу.

Більшість таких болтів є одноразовими. Повторне затягування може призвести до:

недостатнього притискання прокладки;
надмірного подовження;
локального звуження стрижня;
пошкодження різьби;
обриву під час довороту;
обриву після кількох теплових циклів.

Шпилька з гайкою

У деяких двигунах або спеціальних ремонтних конструкціях замість болта застосовуються шпильки. Шпилька вкручується в блок окремо, а головка притискається гайкою.

Болти й шпильки не можна довільно взаємозамінювати. Змінюються глибина різьби, висота кріплення, спосіб затягування та розподіл навантаження.

Будова болта

Головка. Передає момент інструмента й притискає головку блока через опорну поверхню або шайбу.
Опорний фланець. Розподіляє навантаження на більшу площу.
Шайба. Може бути окремою, невіддільною або взагалі не застосовуватися.
Гладкий стрижень. Визначає жорсткість і здатність болта подовжуватися.
Звужена зона. У частині TTY-болтів забезпечує контрольоване подовження.
Різьбова частина. З'єднується з блоком або різьбовою вставкою.
Захисне покриття. Зменшує корозію та формує розрахункові умови тертя.

Матеріал і виробництво

Болти виготовляють із легованої високоміцної сталі. Після формування вони проходять термічну обробку, контроль твердості, міцності, пластичності й геометрії.

Різьба якісного болта часто формується накочуванням. Такий метод зміцнює поверхневий шар і не перерізає волокна металу так, як грубе механічне нарізання.

Покриття може виконувати дві функції:

захист від корозії;
забезпечення визначеного коефіцієнта тертя.

Тому очищення нового болта агресивним розчинником або нанесення довільного мастила може змінити фактичне зусилля притискання.

Чому болти мають різну довжину

Геометрія головки блока нерівномірна. Частина болтів проходить через високі опори розподільних валів, частина - через нижчі ділянки корпуса. Отвори в блоці також можуть мати різну глибину.

Якщо довгий болт установити замість короткого, він може впертися в дно отвору до притискання головки. Динамометричний ключ покаже момент, але потрібного натягу не буде.

Якщо короткий болт установити замість довгого:

зменшиться довжина зачеплення різьби;
зросте навантаження на перші витки;
може бути вирвана різьба блока;
знизиться допустиме зусилля притискання.

Болт із шайбою та без шайби

Шайба зменшує контактний тиск і забезпечує контрольоване ковзання під час затягування. Вона може мати визначену твердість, товщину й орієнтацію.

Звичайна універсальна шайба не є допустимою заміною. Надто м'яка деталь деформується, а неправильний зовнішній діаметр може пошкодити головку або змінити тертя.

Якщо шайби окремі, перевіряють:

чи входять вони до нового комплекту;
чи дозволено повторне використання;
правильність орієнтації фаски;
відсутність задирок і вдавлених доріжок;
відповідність товщини.

Чому момент затягування не дорівнює зусиллю притискання

Значна частина прикладеного моменту витрачається на подолання тертя в різьбі та під головкою болта. Лише частина роботи перетворюється на подовження болта.

Якщо різьба забруднена або суха замість передбаченого змащування, потрібний момент може бути досягнутий раніше, ніж утвориться достатнє зусилля.

Якщо на сухий за регламентом болт нанести слизьке мастило, при тому самому моменті він може отримати надмірне подовження й перевантажити різьбу або головку блока.

Затягування моментом і кутом

Типова процедура може складатися з кількох етапів:

попереднє затягування невеликим моментом;
основне затягування моментом;
перший кутовий доворот;
другий кутовий доворот;
окремий етап для коротких або додаткових болтів.

Числа й кути для одного двигуна не переносять на інший. Навіть у межах однієї моделі автомобіля процедура може залежати від коду двигуна, матеріалу блока, року виробництва та ревізії прокладки.

Послідовність затягування

Болти зазвичай затягують за схемою, яка поступово розподіляє навантаження від центральної частини головки до країв. Проте конкретна нумерація повинна братися з технічної документації.

Порушення порядку може спричинити:

тимчасову або залишкову деформацію головки;
нерівномірне стискання прокладки;
локальне перевантаження болта;
неправильне положення головки на напрямних втулках;
витік оливи або антифризу;
прорив газів між циліндром і сорочкою охолодження.

Різьбові отвори в блоці

Перед установленням головки всі отвори перевіряють. У глухому отворі можуть залишатися моторна олива, антифриз, вода, очищувач, стара різьбова паста або продукти корозії.

Рідина майже не стискається. Під час вкручування болта вона може:

створити хибне відчуття досягнення моменту;
не дозволити болту зайняти потрібне положення;
пошкодити нижні витки різьби;
утворити тріщину навколо отвору;
видавити матеріал блока;
спричинити нерівномірне притискання головки.

Отвори очищають безпечним способом, не розбризкуючи рідину в очі та не залишаючи бруд у каналах. Стиснене повітря застосовують із захистом і контролем напрямку викиду.

Очищення різьби

Для очищення може застосовуватися різьбовий прогонний інструмент відповідного профілю. Звичайний гострий мітчик здатний зняти матеріал і збільшити зазор у різьбі.

Перевіряють:

відсутність зірваних витків;
відсутність корозії;
глибину отвору;
відсутність старого герметика;
вільне вкручування контрольного болта рукою;
відсутність ремонту різьби невідповідною вставкою;
правильність кроку й діаметра.

Ремонт різьби блока

Зірвана різьба особливо часто виникає в алюмінієвому блоці після перетягування, повторного використання болтів або забруднення отвору.

Ремонт виконують тільки за технологією, здатною витримати розрахункове осьове навантаження. Важливі:

тип і довжина різьбової вставки;
співвісність нового отвору;
глибина встановлення;
відсутність виходу в канал оливи або антифризу;
допустимість ремонту для конкретного блока;
перевірка сусідніх отворів.

Коротка універсальна вставка може витримати невелике кріплення, але не навантаження болта головки циліндрів.

Типові несправності болта

залишкове подовження;
локальне звуження стрижня;
витягування різьбового профілю;
тріщина біля переходу головки в стрижень;
деформація опорного фланця;
пошкодження шліца або граней;
корозія стрижня;
пошкодження захисного покриття;
вигин болта;
обрив різьбової частини;
обрив головки;
невідповідність довжини чи класу міцності.

Причини пошкодження

повторне використання одноразового TTY-болта;
надмірний момент або кут довороту;
пропущений етап затягування;
неправильний порядок болтів;
забруднена або пошкоджена різьба;
рідина в глухому отворі;
неправильне мастило;
невідкалібрований динамометричний ключ;
використання ударного інструмента;
неправильна довжина болта;
відсутня або невідповідна шайба;
деформована головка чи блок;
надмірна товщина прокладки або сторонній матеріал на площині;
перегрів двигуна;
детонація або аномально високий тиск згоряння;
низька якість кріплення.

Ознаки проблеми з притисканням головки

Сам болт рідко створює окремий зовнішній симптом. Зазвичай проявляється втрата герметичності стику.

гази в розширювальному бачку;
швидке затвердіння патрубків після холодного запуску;
викидання антифризу;
перегрів двигуна;
зниження рівня охолоджувальної рідини без видимого витоку;
зовнішній витік оливи або антифризу по стику;
біла пара з вихлопу після прогрівання;
антифриз у моторній оливі;
олива в системі охолодження;
низька компресія одного або двох сусідніх циліндрів;
пропуски після холодного запуску;
повторне пошкодження прокладки головки блока циліндрів.

Ці ознаки не доводять, що несправний саме болт. Причиною також можуть бути перегрів, неправильна прокладка, тріщина, корозія площини або деформація головки блока циліндрів.

Чи можна підтягнути встановлені болти

Довільна перевірка моменту на давно зібраному двигуні не показує фактичне зусилля притискання. Щоб зрушити болт після тривалого часу, потрібно подолати статичне тертя, корозію та прилипання поверхонь.

Спроба додатково дотягнути болт може:

перевести його за допустиме подовження;
пошкодити різьбу блока;
змінити розподіл навантаження;
порушити герметичність прокладки;
спричинити обрив.

Повторна протяжка виконується тільки тоді, коли вона прямо передбачена заводською процедурою для конкретного типу прокладки й кріплення.

Перевірка знятих болтів

Якщо виробник допускає оцінку старого кріплення, кожний болт очищають і перевіряють окремо.

вимірюють загальну довжину в зазначених контрольних точках;
порівнюють із граничною довжиною;
оглядають стрижень на локальне звуження;
перевіряють різьбу по всій довжині;
оглядають перехід під головкою;
перевіряють фланець і шайбу;
перевіряють шліц під інструмент;
відбраковують болти з корозією, вигином або слідами перегріву.

Відповідність довжини не дає автоматичного дозволу на повторне використання. Якщо документація вимагає нові болти, вимірювання старих не змінює цієї вимоги.

Підбір болта головки циліндрів

Болти головки блоку циліндрів підбирають за точними даними двигуна.

VIN автомобіля;
код і серійний номер двигуна;
дата виробництва;
матеріал блока й головки;
OE-номер;
кількість болтів у комплекті;
загальна довжина кожного болта;
довжина різьбової частини;
діаметр і крок різьби;
форма головки та профіль інструмента;
наявність і тип шайби;
тип TTY або звичайний;
захисне й антифрикційне покриття;
розташування коротких і довгих болтів;
технічна ревізія двигуна.

Однаковий діаметр різьби не означає взаємозамінність. Відрізнятися можуть довжина стрижня, жорсткість, клас матеріалу, форма фланця й розрахункове подовження.

Що перевірити перед складанням

площинність головки блока;
площинність верхньої площини блока;
шорсткість обох поверхонь;
відсутність тріщин і корозійних раковин;
правильність товщини та орієнтації прокладки;
стан напрямних втулок;
чистоту масляних і охолоджувальних каналів;
різьбу всіх отворів;
глибину отворів;
правильність комплекту болтів;
справність динамометричного ключа;
наявність кутоміра;
точну схему й етапи затягування.

Підготовка болтів

Звірити номер комплекту з кодом двигуна.
Розкласти болти за довжиною та положенням.
Перевірити різьбу й опорні поверхні.
Не видаляти заводське покриття без вимоги.
Уточнити, чи потрібна олива на різьбі.
Уточнити, чи змащується поверхня під головкою або шайбою.
Застосувати тільки визначений матеріал і кількість.
Не занурювати болт у мастило повністю.
Не допускати накопичення рідини на кінці болта.

Установлення головки

Очистити й перевірити площини.
Установити напрямні втулки.
Розташувати нову прокладку правильною стороною.
Обережно встановити головку без зміщення прокладки.
Установити шайби, якщо вони передбачені.
Вставити кожний болт у визначене місце.
Наживити болти вручну.
Переконатися, що всі болти обертаються без заклинювання.
Виконати затягування за заводською схемою.

Поетапне затягування

Перед початком потрібно підготувати схему з нумерацією болтів. Після кожного етапу бажано відмічати виконані позиції, щоб не пропустити доворот.

Установити динамометричний ключ на перший момент.
Пройти всі болти в заданій послідовності.
Повторити прохід наступним моментом, якщо передбачено.
Установити кутомір із надійною опорою.
Виконати перший кутовий доворот усіх болтів.
Дати інструменту повернутися в зручне положення без послаблення болта.
Виконати наступний доворот.
Окремо затягнути додаткові болти за їхньою процедурою.
Не повторювати вже виконаний етап через сумнів - спочатку перевірити записи.

Інструменти

динамометричний ключ відповідного діапазону;
калібрований кутомір;
правильна довга головка потрібного профілю;
подовжувач, дозволений для процедури;
інструмент для очищення різьби;
глибиномір або штангенциркуль;
лінійка й щупи для перевірки площини;
пристосування для видалення рідини з отворів;
схема послідовності затягування;
маркер для контролю кутових проходів.

Вплив подовжувача на ключ

Звичайний прямий подовжувач між головкою й квадратом ключа переважно не змінює встановлений момент, якщо вісь обертання залишається тією самою. Бічний адаптер або подовження робочого важеля може змінити фактичний момент.

Для складних конфігурацій використовують розрахунок і процедуру виробника інструмента. Не можна довільно додавати трубу на руків'я динамометричного ключа.

Зняття головки блока

Болти послаблюють на охолодженому двигуні в послідовності, передбаченій документацією. Часто застосовується порядок, зворотний затягуванню, з поступовим послабленням у кілька проходів.

Різке повне відкручування одного болта може локально деформувати головку. Особливо це важливо для довгої алюмінієвої головки дизельного або рядного двигуна.

Як видалити зламаний болт

Метод залежить від місця обриву. Перед свердлінням потрібно захистити площину, канали та циліндри від стружки.

визначити глибину уламка;
перевірити, чи залишилося натягнення різьби;
точно відцентрувати свердло;
не пошкодити різьбу блока;
видалити всю стружку;
перевірити отвір після вилучення;
за потреби виконати професійний ремонт різьби;
з'ясувати причину обриву до встановлення нового болта.

Перевірка після складання

усі етапи затягування записані й завершені;
болти не були випадково послаблені після кутового проходу;
прокладка не змістилася;
масляні й охолоджувальні канали підключені правильно;
система охолодження заповнена та розповітрена;
тиск моторної оливи з'явився в нормальний час;
немає зовнішнього витоку;
немає газів у системі охолодження;
температура двигуна стабільна;
після охолодження рівні рідин перевірені повторно.

Діагностика повторної негерметичності

Якщо після ремонту знову зникає антифриз, виникає перегрів або падає компресія, не потрібно автоматично замінювати ще один комплект болтів.

Перевіряють:

правильність OE-номерів болтів;
довжину та місце кожного болта;
виконані моменти й кути;
мастило різьби;
стан різьбових отворів;
відсутність упору болта в дно;
площину головки й блока;
товщину та орієнтацію прокладки;
причину попереднього перегріву;
тріщини головки або блока;
герметичність теплообмінника й інших систем.

Для оцінки циліндрів застосовують вимірювання компресії двигуна та пневмотест циліндрів.

Практичні випадки

Нові болти затягнулися до моменту, але головка не була притиснута

Два довгі болти встановили в короткі отвори. Вони вперлися в дно, тому ключ показав потрібний момент без створення правильного натягу.

Болт обірвався під час останнього довороту

Використали старий TTY-болт, який уже мав залишкове подовження й локальне звуження стрижня.

Після ремонту з'явився зовнішній витік антифризу

Один отвір містив залишки рідини. Болт не зайняв потрібну глибину, а притискання краю головки виявилося недостатнім.

Новий комплект пошкодив різьбу алюмінієвого блока

Різьбу щедро змастили, хоча процедура передбачала заводське сухе покриття. Фактичне осьове навантаження перевищило допустиме.

Прокладка повторно прогоріла між двома циліндрами

Болти й порядок затягування були правильними, але площину блока не перевірили після сильного перегріву.

Болт не вкручувався рукою

У нижніх витках залишилися корозія й старий герметик. Спроба затягнути болт ключем пошкодила різьбу.

Після ремонту з'явилася тріщина біля отвору

У глухому отворі залишився антифриз. Під час затягування болт створив гідравлічний тиск у нижній частині отвору.

Старі болти відповідали довжині, але все одно були непридатними

На одному стрижні виявили корозійні раковини, а на іншому - пошкодження переходу під головкою. Контроль тільки загальної довжини був недостатнім.

Типові помилки

повторно використовувати одноразові болти;
підбирати комплект лише за моделлю автомобіля;
плутати короткі й довгі болти;
не очищати глухі отвори;
залишати в отворах оливу або антифриз;
проганяти різьбу невідповідним різальним мітчиком;
не перевіряти різьбу алюмінієвого блока;
довільно змащувати різьбу;
замінювати заводську шайбу універсальною;
використовувати невідкалібрований ключ;
затягувати ударним інструментом;
порушувати послідовність;
пропускати кутовий етап;
виконувати один великий доворот замість кількох;
не перевіряти площинність головки й блока;
додатково протягувати сучасну прокладку без вимоги;
лікувати повторний перегрів тільки заміною болтів.

Пов'язані товарні групи

Болти головки блоку циліндрів
Головки блока циліндрів
Комплекти прокладок головки блока
Прокладки головки блока циліндрів
Ущільнення двигуна
Різьбові вставки для ремонту блока
Динамометричні ключі
Кутоміри затягування

Часті питання

Чи потрібно завжди міняти болти головки?

Для TTY-болтів заміна зазвичай обов'язкова. Звичайний болт іноді допускається використовувати повторно, але тільки за прямою вказівкою виробника та після перевірки.

Як зрозуміти, що болт розтягнутий?

Перевіряють загальну довжину, локальне звуження стрижня, різьбу й поверхню під головкою. Проте одноразовий болт замінюють незалежно від зовнішнього вигляду.

Чи можна використовувати момент із таблиці іншого двигуна?

Ні. Відрізняються матеріал блока, діаметр, крок, довжина болта, покриття, прокладка й схема затягування.

Навіщо потрібен кутомір?

Після початкового моменту кутовий доворот забезпечує контрольоване додаткове подовження болта.

Чи потрібно змащувати болти?

Тільки так, як указано в документації. Вид мастила й місце його нанесення суттєво впливають на натяг.

Чому потрібно очищати отвори в блоці?

Бруд збільшує тертя, а рідина в глухому отворі може не дозволити болту заглибитися або пошкодити блок.

Чи можна підтягнути болти після перегріву?

Довільна протяжка небезпечна. Спочатку перевіряють герметичність, компресію, площинність і причину перегріву.

Що буде, якщо встановити довгий болт у короткий отвір?

Він може впертися в дно до притискання головки. Значення моменту буде отримане без правильного зусилля.

Чому нова прокладка може повторно пошкодитися?

Через деформацію головки або блока, неправильні болти, брудні отвори, порушення затягування, тріщину чи неусунену причину перегріву.

Чи потрібна повторна протяжка після першого запуску?

Тільки якщо вона прямо передбачена процедурою. Для більшості сучасних MLS-прокладок і TTY-болтів довільна повторна протяжка не виконується.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще прочитати по цій темі

Висновок

Болт головки циліндрів створює контрольоване зусилля, яке притискає головку, прокладку та блок. Надійність стику залежить від правильного комплекту болтів, стану різьби, чистоти отворів, мастила, послідовності, моментів і кутів затягування.

Розтяжні TTY-болти переважно є одноразовими. Їх повторне використання може дати недостатнє притискання або призвести до обриву. Звичайні болти використовують повторно лише за прямим дозволом виробника й після повної перевірки.

При повторному пошкодженні прокладки потрібно перевірити не тільки кріплення, а й площинність головки та блока, різьбові отвори, товщину прокладки, систему охолодження й причину попереднього перегріву.