Введение в тему

Такая логика – удел новичков. А опытный водитель или механик знает, что разгерметизация стыков в двигателе чревата серьезными неприятностями. Да что там, она просто недопустима. На первом месте, здесь стоит соединение блока с головкой. Эта пара уплотняется деталью, именуемой «прокладка под головку блока цилиндров». В обиходе ее называют проще – прокладка ГБЦ.

Любая наука начинается с классификации, в том числе и наука автомобильная. Последуем этому правилу.

Файл 020. Всем известные мягкие прокладки ГБЦ

Прокладки ГБЦ подразделяют на три большие группы: мягкие, металлические и комбинированные. В таком делении есть условность. Комбинированными являются любые современные прокладки, поскольку состоят из нескольких материалов. Но один из материалов является преобладающим – он-то и дает название группе.

Наибольшее распространение получили мягкие прокладки. Это своеобразный «слоеный пирог», в основе которого перфорированная жесть, покрытая с двух сторон одним или несколькими слоями полимерной композиции. Именно об этих деталях мы поговорим сегодня.

Тяжелая служба

Прокладка ГБЦ работает в очень жестких условиях, к тому же неодинаковых для различных участков сопрягаемых поверхностей. Не утомляя читателей цифрами, обрисуем лишь качественную картину.

По периметру гильзы на прокладку действуют газы в довольно широком диапазоне давлений и температур – от морозного воздуха на зимней стоянке до агрессивного взрыва смеси при работе двигателя. В масляных и жидкостных каналах циркулируют далеко не безобидные масло и антифриз, правда при гораздо меньших давлениях и температурах.

При рабочем ходе поршня головка блока стремится переместиться вверх, вытягивая шпильки. Естественно, процесс этот циклический. Поэтому прокладка подвергается пульсирующему сжатию, а шпильки или болты – пульсирующему растяжению.

Файл 030. Тепловые мостики между цилиндрами позволяют снизить локальные температурные напряжения

Но и это еще не все. В стыке ГБЦ при работе двигателя усиливаются локальные тепловые нагрузки – в частности, в зонах между соседними цилиндрами. Поэтому монтажные усилия должны обеспечивать в прокладке напряжения сжатия, компенсирующие и давление газов, и температурные напряжения.

И если температурные нагрузки на прокладки ГБЦ у дизелей зачастую меньше, чем у бензиновых двигателей, то по давлению условия их работы гораздо тяжелее. Это, конечно, сказывается на моментах затяжки.

Изготавливаем прокладку

Для лучшего понимания принципа работы прокладки ознакомимся с ее изготовлением. Разумеется, речь пойдет о заводских технологиях.

Сначала собирается прокладочное полотно. Последовательность здесь такова. Берется рулонная жесть и перфорируется на прессе. Теперь в жести появились зубчики для сцепления со слоем мягкой полимерной композиции.

Здесь же в цехе изготавливается полимерная композиция в виде специальной бумаги. Когда-то она содержала асбестовые волокна, а после запрета асбеста Правилами ЕЭК ООН этот природный минерал заменили другими ингредиентами. Не исключено, что сегодня, когда стандарты и ТУ в условиях санкций меняются, асбест в автомобиль вернется.

Теперь соберем прокладочное полотно. Перфорированная жесть, играющая роль арматуры, обкладывается бумагой, и полученная слоистая конструкция пропускается через обжимные валки (каландры). Далее проводится обмазка, пропитка и вулканизация полученного полотна.

Файл 040

Надежность будущих деталей во многом определяется качеством полимерной композиции, покрывающей жесть. Именно за счет упругой деформации этих полимерных слоев, «приваренных» к металлическому каркасу, происходит уплотнение стыка блока цилиндров с головкой.

Однако технология покрытия металлического каркаса возможна только при наличии на предприятии специальной машины для изготовления бумаги. Например, на ярославском заводе «Фритекс» такое оборудование есть. Это дает завидную оперативность при переходе на новые изделия. В этом случае в бумагоделательную машину просто заправляется масса нужной рецептуры. За рубежом подобную технологию использует немецкая компания «Френцелит» (Frenzelit).

Если же машины для производства бумаги на предприятии нет, не беда. В этом случае для получения полимерного покрытия металлический каркас обкладывают не бумагой, а специально приготовленной массой. Так поступали, например, на заводе АТИ в Егорьевске, когда завод еще существовал. Родоначальник этой технологии фирма «Элринг» Elring, тоже немецкая.

Далее применяются следующие операции: вырубка прокладок на прессах; вырубка окантовок для отверстий камер сгорания и жидкостных каналов; окантовка отверстий в прокладке и калибровка. И заканчивается процесс финишной термообработкой в камере.

Куда наносить герметик?

Все видели на готовых прокладках полоски герметика – чаще всего красного цвета. Ясно, что его наносят в зоны недостаточного сжатия прокладки при монтаже. Но как определить эти зоны?

Для этого в лаборатории проводят эксперимент. Контрольную прокладку зажимают в стыке «блок-головка» вместе со специальным индикатором – бумагой  «Фуджи» (Fuji), которая меняет свой цвет в зависимости от давления.

Потом разбирают соединение – и вот они, зоны, проступили на бумаге! После этого на серийные прокладки в проблемных местах наносят упомянутый герметик. Эта операция, выполняемая методом трафаретной печати, обеспечивает герметичность, исключая течи масла или охлаждающей жидкости.

Файл 050 и 060. Усиление уплотняющих свойств в проблемных зонах методом нанесения герметика

Зачем прокладкам лазер?

Вырубочный штамп – очень дорогой инструмент, он окупается лишь при крупносерийном производстве. А что делать, если партия прокладок невелика? Или вообще требуется изготовить несколько опытных образцов?

В этих случаях применяют классическое для малых серий решение, которое в машиностроении называют «замена позиционной обработки последовательной». Например, используют вместо вырубки вырезку по контуру.

Резка может быть плазменной или лазерной – все зависит от желания и возможностей предприятия. Самое простое решение – двухкоординатный станок с ЧПУ и твердотельный лазер. Последний имеет небольшие габариты, что позволяет разместить его прямо на станке.

Прокладки ГБЦ – товар ходовой, а контурная вырезка позволит освоить очень широкий ассортимент изделий, в том числе и для иномарок. Вырезали изделие по контуру, испытали – и можно заказывать вырубочный штамп.

Сделали – и что дальше?

А дальше заказчику, в эксплуатацию! Правильная технология (не зря же мы о ней рассказали!) обеспечит необходимые упруго-пластические свойства прокладки. Эти показатели формально оцениваются сжимаемостью,  восстанавливаемостью и усадкой.

Возьмем, например, сжимаемость прокладки. Чем она ниже, тем строже будут требования к качеству уплотняемых поверхностей. И наоборот – высокая сжимаемость «простит» некоторые огрехи этих поверхностей. Иными словами, сжимаемость определяет ту самую герметичность стыка, без которой уплотнение – не уплотнение, и ремонт – не ремонт.

А оптимальное сочетание сжимаемости и восстанавливаемости позволит обойтись без дополнительных подтяжек головки блока и регулировок зазоров клапанов.

Для моториста вся эта информация выражается в цифрах момента затяжки шпилек или болтов, внесенных в инструкцию по эксплуатации автомобиля.

Внимание: фальсификация!

Иногда механикам попадаются некондиционные прокладки ГБЦ. Понятно, что с такими «запчастями» о качественном выполнении ремонта говорить не приходится.

Подобная «продукция» при неплохом внешнем виде (цвет, фактура, графитовое покрытие и т.д.) изготавливается из низкокачественных комплектующих. Это либо китайская асбестовая бумага, произведенная без какой-либо нормативной документации, либо обычный асбестовый паронит, либо материалы, вообще не имеющие отношения к уплотнительным технологиям, – например теплоизоляционная асбестовая бумага.

Жесть при изготовлении таких прокладках применяется не той марки, что предусмотрена ТУ, а перфорация имеет неправильную форму. В результате ее зубцы недостаточно надежно фиксируют бумагу, что приводит к нарушению герметичности и расслоениям.

И, наконец, об окантовках отверстий. Нередко они выполнены небрежно, с заусенцами, гофрами и нарушением геометрии каналов. Доходит до смешного: встречаются детали с меньшим числом отверстий, чем положено по чертежу!

Что в результате? Некондиционная прокладка не уплотняет камеры сгорания, способствует попаданию масла в систему охлаждения, антифриза – в систему смазки и обеих жидкостей – в цилиндры. Двигатель начинает «троить», перегревается, не тянет, чихает и в итоге глохнет. Механик меняет прокладку, и... если она опять оказывается поддельной, история повторяется. Не меньше приключений сулит и некондиционная прокладка для газопровода.

Файл 070. Окантовка каналов водяного охлаждения прокладки неизвестного производителя. Фланец окантовки имеет трещины

Файл 080. Тот же дефект, но в другой прокладке. То есть случай распространенный

Файл 090. Окантовка масляного канала перекошена и замята

Файл 100. Окантовка масляного канала имеет гофры и вмятины

Но это еще не все. Недобросовестные «производители» нередко используют для своих прокладок товарные знаки известных компаний. А это уже не просто подделка – это контрафакт с нарушением исключительных интеллектуальных прав добросовестного производителя. С нанесением урона его репутации.

Поэтому, с какой стороны ни посмотри, покупать поддельные прокладки нельзя. Ни с технической, ни с юридической точек зрения. Да и с экономической тоже.  Арифметика простая: сэкономив копейки, вы рискуете потратить кругленькую сумму на ремонт двигателя. Так что будьте внимательны при покупке.

Прокладка – двигатель прогресса

Но вернемся к добросовестным производителям. Напомним основные тенденции моторостроения, влияющие на развитие прокладочных материалов. По мнению ведущих производителей уплотнений, тенденции таковы:

• компактный дизайн двигателя, малая площадь уплотняемой поверхности, «мягкие» отливки самого блока и ГБЦ;

• рост числа малогабаритных дизелей;

• увеличение рабочих температур и пиков давления при сгорании смеси;

• полный отказ от дополнительных «подтяжек» прокладки;

• унификация технологий, появление единых стандартов для автомобильных прокладок;

• предполагаемое увеличение срока гарантии на герметичность любого соединения.

Таким образом, конструкторы двигателей непрерывно совершенствуют свои детища. Значит, производители прокладок не должны отставать от моторостроителей? Нет, они должны идти впереди. Иными словами, им нужно быть постоянно готовыми к заказу на «прокладку завтрашнего дня».

Фото из архивов автора и Александра Хрулева