Bejárat > 2010.01 - Fiesta XR2 - Geree, Ínyencségek > Hengerfal-deformáció – Part 2

Hengerfal-deformáció – Part 2

2015. június 16.

Valamikor bő két évvel ezelőtt egyszer itt már írtam egy cikket a hengerfal-deformációról, mint jelenség. Igazából azóta szervezgettem, hogy mérni is mérhessek egyet…

Hengerfal-torzió

Hengerfal-torzió

Az XR2-esembe régóta készülő 1.9-es motor kiváló lehetőségnek kínálkozott ahhoz, hogy ezt a hengerfal-deformációt műtőasztalra téve meg is mérhessem. Hosszú előkészületek után végre elvittem a blokkot a gépműhelybe, hogy előfeszítve fúrják meg, de több helyen, több technikai akadályt követően a legnagyobb sajnálatomra nem tudták terhelten (alias a blokkot előfeszítve) megfúrni. Tehát maradt a szokásos technológiával történő megfúrás.

De hogy is szerettem volna előfeszíteni a blokkot? Úgy voltam vele, hogy ha mindenből gyári alkatrészt és technológiát használok, akkor lehetek a legközelebb a üzemi deformációhoz. Így feláldoztam egy gyári hengerfejet, amit az alábbi képen látható módon alakíttattam át:

Terhelt blokkos összeállítás

Terhelt blokkos összeállítás

Magából a hengerfejből a hengerfuratokkal egytengelyűen kiesztergáltattam az anyagot, persze az elkészítendő hengerfurat méreténél 0.5mm-rel nagyobbra, hogy a megmunkáló-szerszám ne érhessen hozzá a leszorító darabhoz. Ezek után kerítettem egy olyan hengerfejtömítést, amit használni terveztem. S végül pedig lehúztam őket a beépítésre váró ARP tőcsavarjaimmal, névleges nyomatékkal. Ezzel nagyon szépen összeállt az elképzelés - elméletben. A gépműhely(ek) legfőbb problémája az volt, hogy nekik a fúráshoz szükséges egy sík felület a blokk tetején (vagy ahhoz nagyon közel), amire fel tudják támasztani a fúrót. Ami felületre merőleges lesz majd a henger. Valamint a hónolás is problémás, lévén a keret magassága végett nem férnek hozzá a finomállításhoz. Több gépműhelyben megfordulva végül találtam egyet, aki így megfúrni ugyan nem, de a hónolást meg tudta volna csinálni a kerettel. És mivel a feltételezésem szerint pár századnyi deformációkról beszélhetünk, ezért rábólintottam, lévén a deformációt a hónolás majd kiszedi.

El is készült a fúrás, de a hónolás előtt hív a szaki, hogy előfeszítve nem tudja hónolni, a keret lehúzáskor úgy “elmegy” a hengerfal, hogy több helyen már hónolás előtt névleges méret felett van a furat! Ezek szerint nem csalt a teóriám. Már csak a mérték a kérdés! Hosszasan tanakodtunk, hogy hogy tudná úgy meghónolni, ahogy szeretném, de végül ő sem vállalta, lévén az ő technológiája nem anyageltávolító hónolást valósít meg, csak felület-struktúráló. De alakhibát nem tud kiszedni vele, csak a köveket koptatná félre. Szóval a hosszas tanakodás után végül nem vállalta az előfeszített hónolást. Máshova pedig már felesleges lett volna vinni, félkész munkát senki nem akar más után befejezni. Szóval így lettem kénytelen elfogadni, hogy ez a blokk is terheletlenül lesz megfúrva…

Viszont öröm az ürömben, hogy a mérés szempontjából nem veszett semmi, hisz a fúrást/hónolást követően legalább végig tudom mérni a hengert terheletlenül és terhelten is, és konkrét számokkal alátámasztott mérési eredményt tudok kapni a feltételezésemről. Szóval akkor a mérésről:

  • A mérést egy into-val, vagyis egy kétponton mérő furatmikrométerrel  végeztem, 0.01mm-es indikátorórával. A méréssel alapvetően 5μm pontossággal lehetne mérni, de a friss hónolás miatt a felületi érdesség ca. pont 5μm rezgést vitt bele a mutató mozgásába, így végül 10μm-es pontosságúra kerekítettem az értékeket.
  • A második hengerben mértem, így a blokk szélén lévő hengerfal egyoldalú deformációja nem szól bele.
  • Öt magasságban mértem végig a blokkot, a blokktető alatt
    - 5mm-re, ahol még nem jár gyűrű
    - 20mm-re, ahol a gyűrűk fordulnak át
    - a dugóút közepén, 50mm-nél
    - a gyűrűút alján, 90mm-nél
    - és végül a hengerfurat legalján, 120mm-nél.
  • A különböző magasságban végzett méréseket fentről lefelé haladva egyre világosabb színekkel jelöltem
  • Egy adott magasságban 8 irányban mértem meg a furatátmérőt, a főtengellyel párhuzamos irányból indulva, 22,5°-os lépcsőkben, amíg újból el nem értem a főtengellyel párhuzamos irányt.
  • Így lett végül 40 mérési pontom, amely már jellegében elég jó infóval szolgál a feltételezésem alátámasztásáról.
  • A diagram skálázásnál (célprogram hiányában) kénytelen voltam csalni, hogy látható és értékelhető eredményt kapjak. A deformációk mikrométerben felvitt értékűek, addig a referencia-értéket 300-ra helyeztem el. Így a 250-es lokális érték azt jelenti, hogy az adott pont 50μm-rel van a névleges méret alatt. Ezzel analóg módon, a 320 pedig azt, hogy 20μm-rel a névleges felett.

És akkor következzenek az értékek! A jobb értelmezhetőség érdekében két félre bontom a diagramot, alsó és felső félre. Következzen előbb a felső:

Hengerfal-deformáció - Top

Hengerfal-deformáció - Top

A felső hengerfelet ábrázoló diagramot értékelve pedig a következők látszanak nagyon szépen:
- A henger legfelső 5mm-ét a tömítés körkörösen összezömíti, vagyis a henger tetetje boltív-szerűen dől befelé. Itt a mérési iránytól függően 10-50μm-rel kisebb a furat a névleges értékhez képest.
- A következő keresztmetszetben mérve viszont ez a boltív a keresztirányban, a csavarok felé átcsap a névleges méret fölé is. Tehát amennyire behajolt a boltív felül, annyira tolja el az anyagot a boltív kifelé, mintegy hordóssá téve a felső negyedet.
- Szintén a második keresztmetszetben nagyon jól látszik az, amit a cikk-indító képen is látni lehet: a lehúzáskor elfeszített csavar olyan szinten húzza meg felfelé a menetet, hogy a henger felső éle körüli képzeletbeli forgási ponthoz képest (amit a tömítés tűzkarikája hoz létre) meghúzza a hengert kifelé. Tehát négyszögesíti a henger kör keresztmetszetét.
- A középső keresztmetszetek torzulása nem igazán markáns, ott marad a legkisebb a deformáció, bár ott is jelen van.

Az alsó hengerfél deformációja pedig az alábbi diagramon látható.

Hengerfal-deformáció - Bottom

Hengerfal-deformáció - Bottom

- A középső keresztmetszetnél még mindig megfigyelhető a 45°-os kereszt egyik irányában az átmérőbővülés.
- És az alsó félnél ami viszont kifejezetten meglepő, és amire nem is számítottam, az az, hogy a henger legalsó alsó két mérési szegmense is torzul, egyáltalán nem elhanyagolható módon. És bár ezek deformációja már nincs érdemi hatással sem az égésre, sem a kartergázra, sem az olajfogyasztásra, de azért mindenképpen érdekes. Úgy is fogalmazhatjuk, hogy a hengerfal felső felének a torziója hatására az alsó fél csak úgy tud minimális feszültségű állapotban kerülni, hogy még ez is elvetemedik valamennyire.

Közben csináltam egy másik diagramot is, amiben a főtengelyre merőleges, párhuzamos és 45°-os irányok mérési pontjait kötöttem össze függőlegesen. A diagram sajnos csak így, vízszintesen tudta összerakni szépen, de a számok és a tengely-jelölések így is beszélnek: vízszintesen a hengermélység: függőlegesen pedig a névleges mérettől való eltérés. A furat névleges mérete a szemléletesebb ábrázolás végett itt is 300-ra lett ráültetve, és a 300-tól való eltérés itt is a hengerfal deformációja μm-ben.

Vertikális hengerfal-deformáció

Vertikális hengerfal-deformáció

Eme konklúziói a következőek:
- A hengerfal tetején fentebb említett boltíves behajlás minden irányban itt is egyértelműen kivehető.
- A kékkel jelölt, főtengelyre merőleges irányban a henger alja zsugorodik
- A sárgával jelöl, főtengellyel párhuzamos irányban az alsó harmadnál van bővülés, legalul kinullázódik a deformáció
- És végül a pirossal jelölt 45°-os iránynál teljesen egyértelmű az a jelenség, amit a cikkindító képen is látni lehet.

Konklúzió? Nos, szerintem a cikkjeim olvasói egyikének sem kell elmagyarázni, hogy egy 0.05mm-es vastagságú és a cikkindító képen látható ca. 2cm szélességű résen mennyire tud megszökni egy szívómotornál is simán előforduló 30-40 bar nyomás. És ebből a foltból van négy egy motorban. És ami nyomás ott megszökik, az munkát is végezhetne a dugattyún…

– Geree

Geree 2010.01 - Fiesta XR2 - Geree, Ínyencségek

Hozzászólások lezárva