Многие элементы двигателя, на первый взгляд, выглядят простыми. Ну, что такого сложного, например, во вкладышах коленчатого вала или поршневых кольцах? Ничего? Это пока не начнешь с ними знакомиться подробно. Там, на самом деле, много всего интересного! То же и с прокладками ГБЦ.
Что, собственно, такое прокладка ГБЦ? Кусок металлоасбеста определенной формы с четырьмя дырками? Или несколько слоев стали опять же с дырками? В целом, да. Но, как обычно, есть нюансы и их немало!
Наверное, нет нужды говорить, что прокладка ГБЦ является ответственной деталью, которая должна выдерживать высокое давление и температуру, справляться с деформациями уплотняемых поверхностей и т.д. и т.п. – это совершенно очевидно и так было всегда, начиная 1896, когда прокладка ГБЦ была применена в двигателе Peugeot, как принято считать, впервые (но это не точно:).
За эти почти 130 лет прокладки пробовали делать из самых разных материалов. Были прокладки тканевые, асбестовые, медные, алюминиевые, наконец во второй половине прошлого века, стали доминировать прокладки типа «Металл-мягкий материал» где в качестве мягкого материала сначала использовали асбест, а затем, после запрета азбеста из-за его вредных свойств, полимерные композиции, точный состав которых производители не раскрывают.
Прокладки такого типа применялись длительное время, пока соотношение рабочего объема и мощности двигателя оставалось в пределах разумного. В последние десятилетия, когда возобладали тенденции к снятию максимальной мощности с минимального рабочего объема (т.н. «даунсайзинг») в сочетании со снижением веса агрегатов, что делается (т.к. чудес на свете не бывает и за все приходится платить) в ущерб надежности и долговечности (см фото 1 и 2. Почувствуйте разницу!) ставшие традиционными прокладки ГБЦ перестали справляться со своими функциями и уступили место прокладкам из металла.
Итак, повздыхав, воздадим должное светлому прошлому и начнем наше повествование именно с прокладок типа «Металл-мягкий материал» (см фото 3), которые использовали в добрых старых устройствах, где блоки цилиндров из чугуна были неподъемными, но зато неубиваемыми (это миф:), а головки, кстати, на многих двигателях тоже были чугунные (это все про двигатели легковых автомобилей разговор, на грузовиках все и сегодня в основном чугунное), а с литра рабочего объема редко снимали больше 70 л.с. И ездили такие двигатели по миллиону километров (в сказках:), хотя, лучшие из них, при правильном обращении действительно могли проехать 350-400 тыс. км, что с их современными навороченными собратьями случается чуть реже, чем никогда.
Так, вот. Прокладка этого типа сделана на основе несущей стальной пластины, в которой перфорация специально выполнена так, чтобы края отверстий были зазубрены. С обоих сторон на несущую пластину нанесен мягкий материал (см рисунок 1).
Вокруг отверстий цилиндров выполняется металлическая окантовка, которая обеспечивает необходимый обжим по контуру камеры сгорания, а также защищает мягкий материал от воздействия высокой температуры. Для герметизации масляных и водяных каналов используется эластомер, который наносится в форме линий (см фото 4). Полное покрытие поверхности прокладки мягким материалом гарантирует надежное микроуплотнение. Требования к шероховатости и плоскостности уплотняемых поверхностей в случае применения прокладок типа «Металл-мягкий материал» ниже, чем для металлических прокладок.
В настоящее время прокладки типа «Металл-мягкий материал» практически не используются в конструкциях двигателей, однако, они применяются и вероятно еще долго будут применяться при ремонте и восстановлении двигателей прошлых лет.
Прокладка ГБЦ типа «Металл-эластомер» (однослойная) представляет собой несущую стальную пластину с окантовками из эластомера. Эластомер наносится методом вулканизации (см фото 5 и 6).
Эластомерная окантовка обеспечивает надежное уплотнение, не только камер сгорания, но также масляных и водяных каналов. Сочетание металл-эластомер позволяет обеспечить уплотнение даже самых узких перемычек (в т.ч. между цилиндрами), которые часто встречаются в современных двигателях.
Несущая пластина изготавливается из нержавеющей или микролегированной стали, или из стали с антикоррозионной защитой. По периметру цилиндра выполняется гофр, который вместе с эластомерной окантовкой обеспечивает герметичность камеры сгорания.
Прокладка «Металл-эластомер»(многослойная) конструктивно похожа на вышеописанную однослойную (см фото 7 и 8), однако имеет и некоторые отличия, так по периметру цилиндра, поверх гофра на несущей пластине, делается металлическая окантовка, как на прокладках «Металл-мягкий материал».
Металлическая окантовка камеры сгорания несколько увеличивает толщину прокладки ГБЦ в области камеры сгорания. Соответственно увеличивается уплотнительное усилие по контуру камеры сгорания, что в совокупности с действием гофра обеспечивает герметичность (см фото 9).
Технология уплотнения «Металл-эластомер» используется, главным образом, на мощных высоконагруженных двигателях грузовых и коммерческих автомобилей, оборудованных турбонагнетателями и интеркулерами, а также на двигателях облегченных конструкций с инновационными системами впрыска топлива и повышенным максимальным давлением цикла.
Многослойные металлические прокладки ГБЦ. Сегодня выпускается довольно много вариантов многослойных прокладок ГБЦ различных конструкций. Все они используются в двигателях современных легковых автомобилей, а также в коммерческих автомобилях малой и средней грузоподъемности. Необходимость в таких прокладках возникает, как мы уже ранее говорили, в следствии уменьшения рабочего объема и габаритных размеров двигателей при сохранении и даже увеличении мощности. Т.е. температура и давление увеличиваются, а толщина стенок, расстояние между цилиндрами и жесткость блоков и ГБЦ снижается. Отсюда и необходимость в хитрых прокладках. Преимущества данной конструкции, а именно устойчивость к высоким температурам и высоким динамическим колебаниям в области уплотнения, особенно заметны при использовании в дизельных двигателях, а также бензиновых с непосредственным впрыском.
Что же представляют из себя эти многослойные прокладки ГБЦ? Как следует из названия – несколько слоев металла😊. Если очень в общем выглядит это так (см рисунок 2).
Это если в общем, а если немного углубиться, то обнаружим, что есть целый ряд конструкций:
С тиснеными стопорными элементами в форме ромбов в несущем слое (см рисунок 2)
С тиснеными стопорными элементами в форме меандров в функциональном слое (см рисунок 3)
С сегментными стопорами в функциональном слое (см рисунок 4)
Со стопорными элементами, приваренными лазером. Без несущей пластины (см рисунок 5)
Со стопорными элементами, приваренными лазером. С несущей пластиной (см рисунок 6)
С завальцованными стопорными элементами. Без несущей пластины (см рисунок 7).
С завальцованными стопорными элементами. С несущей пластиной (см рисунок 8)
А, как такая конструкция выглядит, так сказать «в натуре»? Возьмем, для примера, прокладку на самый обыкновенный VW 1.6 л AHL (см фото 10).
Посмотрим, что у нее внутри? А внутри - завальцованный стопорный элемент. С несущей пластиной (см фото 11).
Вот такое разнообразие конструкций мы имеем. К чему вся эта информация? Какое у нее практическое применение? Да, в сущности, никакого😊. Но, только вот есть две очень похожих прокладки. Если присмотреться отличия найдем, но в целом, по конфигурации, они очень похожи (см фото 12 и 13). Только первая металлическая многослойная, а вторая металл-мягкий материал.
И вот вопрос. А если бы они были совершенно одинаковыми (по конфигурации, а не по конструкции), можно было бы их поменять местами? На дизель поставить металл-мягкий материал, а на бензин многослойную металлическую. О толщине сейчас не говорим. Допустим, что толщина у них одинаковая. Нам неизвестно проводил ли кто-то такие испытания, а только испытания могут дать точную информацию, но предположительно, если поставить на бензиновый двигатель металлическую прокладку никакой беды не случится. Это, конечно, при условии, что уплотняемые поверхности обработаны надлежащим образом (под металлическую прокладку поверхности должны быть чище).
Наоборот, с монтажом прокладки металл-мягкий материал на дизельный двигатель никаких проблем возникнуть не должно, если только крепежные болты и резьбы в отверстиях выдержат несколько более высокий момент, но вот сколько будет ездить двигатель с такой прокладкой? Вопрос интересный! Если кто-нибудь проводил такие опыты, напишите в комментариях о результатах. Будем очень признательны!
А вообще, прокладку, разумеется, нужно ставить того типа, который рекомендован производителем. Эти рекомендации совсем не с потолка взяты😊!