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| ? | 處于“異常磨損”狀態(tài)的氣缸內(nèi)壁 |
| ? | 珩磨加工氣缸內(nèi)壁 |
| ? | 引領(lǐng)世界的“珩磨專家”們 |
汽車行業(yè)迎來了百年一遇的大變革期。豐田汽車集齊所有部門，展開了史無前例的劃時(shí)代挑戰(zhàn)。
其中之一就是2022年春天，從公司內(nèi)各生產(chǎn)工廠聚集各色各樣的人才，在元町工廠開啟了“初代皇冠修復(fù)翻新項(xiàng)目”。
豐田時(shí)報(bào)為您介紹該項(xiàng)目背后的意義，并帶來修復(fù)翻新現(xiàn)場最近距離的報(bào)道。在第8期后篇中，我們將聚焦來自上鄉(xiāng)工廠、下山工廠的珩磨團(tuán)隊(duì)，他們利用最先進(jìn)的珩磨加工技術(shù)完美修復(fù)了發(fā)動(dòng)機(jī)，并獲得了比原裝發(fā)動(dòng)機(jī)更強(qiáng)勁的動(dòng)力。
正如前篇所述，要直面各種課題的發(fā)動(dòng)機(jī)修復(fù)翻新項(xiàng)目組，接下來將要面對的是難度極大的氣缸異常磨損問題。
成員們將發(fā)動(dòng)機(jī)完全分解后，仔細(xì)檢查拆卸下來的活塞、活塞環(huán)、機(jī)油環(huán)，發(fā)現(xiàn)這些零件的表面都出現(xiàn)了很大的傷痕，還發(fā)現(xiàn)了多處帶有積碳（黑煤印記）的地方。
上圖為拆解下來的活塞和活塞環(huán)。
這代表著發(fā)動(dòng)機(jī)由于冷卻不足，使機(jī)油無法正常為活塞和氣缸潤滑，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了異常磨損現(xiàn)象。
這種狀態(tài)下，即便是更換全新的活塞或活塞環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)也不能恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目組成員們?yōu)榇硕噶顺?。如前篇中為大家介紹的一般，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上留有多次因發(fā)動(dòng)機(jī)過熱而導(dǎo)致的痕跡。所以修復(fù)翻新時(shí)不但要將活塞、活塞環(huán)、機(jī)油環(huán)等零件全部換新，就連因異常磨損而劃傷的氣缸內(nèi)壁也要進(jìn)行重新修復(fù)。
上圖為拆解后的發(fā)動(dòng)機(jī)組，拍照時(shí)還處于活塞插入的狀態(tài)。
實(shí)際上，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)如果多次發(fā)生了發(fā)動(dòng)機(jī)過熱問題，最保險(xiǎn)的處理方式還是進(jìn)行整體更換。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)組本身可能會(huì)因高溫而導(dǎo)致變形，從而發(fā)生冷卻水泄漏和漏油現(xiàn)象。
但是，面對一臺(tái)70多年前的老古董，修復(fù)翻新項(xiàng)目組實(shí)在找不到另一臺(tái)備用發(fā)動(dòng)機(jī)，因此只能絞盡腦汁修復(fù)氣缸，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，為了修復(fù)翻新這臺(tái)老式發(fā)動(dòng)機(jī)，成員們活用了當(dāng)代豐田引以為豪的最新技術(shù)和know-how。對氣缸內(nèi)壁進(jìn)行了珩磨加工。
所謂珩磨一般是指，加工刀具刀刃的一種磨削加工形式。而針對發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的珩磨加工是指，使用一種被稱為珩磨機(jī)的機(jī)械，對圓柱形氣缸內(nèi)壁進(jìn)行的一種精密加工方法。
具體來說就是在珩磨機(jī)的珩磨頭（工具）上安裝多個(gè)珩磨條，用珩磨頭反復(fù)打磨被固定住的發(fā)動(dòng)機(jī)組氣缸內(nèi)壁，使內(nèi)壁的表面能夠得到微米級(jí)單位的研磨加工，最終呈現(xiàn)出最合適的形狀。這項(xiàng)精密的加工工序，對發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能將起到?jīng)Q定性作用，可以說是制造發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的精髓所在。
上圖為被固定在珩磨機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)組，以及珩磨頭特寫。
順帶一提，在加工發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁時(shí)，還有一種被稱為“鉆孔加工”的技術(shù)。這種工藝能夠?qū)飧變?nèi)壁表面以0.1毫米的程度進(jìn)行幅度較大的切削加工。通常被用于氣缸內(nèi)壁出現(xiàn)較大劃痕，發(fā)動(dòng)機(jī)組無法直接繼續(xù)使用的情況下。
此外，還會(huì)在想要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)馬力提升，擴(kuò)大內(nèi)壁直徑時(shí)使用這種加工方式。通過鉆孔加工擴(kuò)大氣缸直徑，增加容積，從而帶來提高發(fā)動(dòng)機(jī)排量的效果。不過，與之相比珩磨加工工藝無疑是最為精細(xì)的一種加工方式。
對氣缸內(nèi)壁的珩磨加工，并非單純地用砂輪研磨氣缸內(nèi)壁，消除表面的凹凸，使其平滑這么簡單。
當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)壁上有一層機(jī)油形成的油膜。這層油膜會(huì)起到潤滑的作用，使上下高速運(yùn)轉(zhuǎn)的活塞與活塞環(huán)，能夠在不與氣缸內(nèi)壁直接接觸的情況下保持順暢運(yùn)動(dòng)。
因此，氣缸內(nèi)壁的表面不能是光滑的狀態(tài)，需要適度的、細(xì)微的擁有一定凹凸（粗糙）度，這種狀態(tài)才有助于機(jī)油掛在表面。
但如果氣缸內(nèi)壁表面的粗糙度過大，就會(huì)破壞活塞環(huán)的密合性，在活塞環(huán)和氣缸內(nèi)壁之間出現(xiàn)“縫隙”。
這會(huì)導(dǎo)致燃燒的氣體從間隙進(jìn)入曲軸箱，引起機(jī)油劣化，最終出現(xiàn)“竄機(jī)油”現(xiàn)象，或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油進(jìn)入燃燒室中，導(dǎo)致所謂的“燒機(jī)油”故障。
這樣一來，殘留在氣缸內(nèi)壁表面的多余機(jī)油，在接觸到高溫燃燒氣體后也會(huì)燃燒，使氣缸內(nèi)壁表面出現(xiàn)殘留的燃燒渣滓，影響活塞無法順暢地運(yùn)動(dòng)，最終會(huì)出現(xiàn)“拉缸”現(xiàn)象。另外，尾氣中還會(huì)混入因機(jī)油燃燒而產(chǎn)生的白煙，這些煙霧與煤渣會(huì)損害尾氣凈化觸媒，降低凈化功能，使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)致命故障。
也就是說，氣缸內(nèi)壁需要在保證活塞環(huán)和機(jī)油環(huán)緊密貼合的同時(shí)，將表面加工出適當(dāng)?shù)拇植诙龋ò纪共黄降臓顟B(tài)），以便于在其表面掛住微米級(jí)薄厚的油膜。如果能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)就能擁有絕佳的性能和耐久度。
在來自上鄉(xiāng)、下山工廠發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)部RE維修科岡田孝行課長的監(jiān)督下，由三輪隆幸工長領(lǐng)導(dǎo)的珩磨團(tuán)隊(duì)將負(fù)責(zé)這項(xiàng)精細(xì)工作，該團(tuán)隊(duì)成員還包括佐藤拓也EX和中林廣夢。他們是珩磨加工方面的專家，曾前往世界各地的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠傳授這項(xiàng)技術(shù)。
三輪工長
內(nèi)壁珩磨加工的內(nèi)壁表面光潔程度完全取決于加工前工件表面的狀況（形狀、粗糙度和硬度）以及所用砂輪的鋒利度。我們很高興能參與這項(xiàng)工作，在無法進(jìn)行試加工、只能一錘定音的情況下，我們用技術(shù)和know-how幫助修復(fù)翻新了這款值得紀(jì)念的初代皇冠。
團(tuán)隊(duì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了最先進(jìn)的珩磨加工技術(shù)，將表面粗糙度控制在1μm（1μm=1/1000mm）級(jí)別。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸體被安裝在公司內(nèi)部研發(fā)的珩磨加工機(jī)上，隨后帶砂輪的圓柱形工具則會(huì)插入氣缸，該旋轉(zhuǎn)工具會(huì)緊貼汽缸內(nèi)壁并上下移動(dòng)，同時(shí)注入磨削用冷卻液，以微米為單位仔細(xì)研磨汽缸內(nèi)壁。
岡田課長
帶有砂輪的旋轉(zhuǎn)工具上安裝有扭力測試儀（即扭矩傳感器）。傳感器提供的信息顯示了加工過程中汽缸內(nèi)壁表面所承受的切削負(fù)荷。
為了驗(yàn)證切削負(fù)荷與加工精度之間的關(guān)系，并確保加工質(zhì)量和砂輪的鋒利度，以三輪工長為首的團(tuán)隊(duì)成員通過不斷改進(jìn)加工方法來應(yīng)對發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的所有變化。
上圖為正在測定珩磨加工后精度的中林廣夢。
上圖為正在判斷測量結(jié)果的佐藤拓也EX。
旋轉(zhuǎn)工具上的砂輪有三種類型，分別是金剛石砂輪、CBN（超高壓燒結(jié)體）砂輪和WA（白剛玉材料和晶粒）砂輪?，F(xiàn)場展示了使用這三種砂輪的三種旋轉(zhuǎn)工具，以及在售車型的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在珩磨加工前后的樣品。
近距離一看，加工前后氣缸內(nèi)壁的差異顯而易見。如果仔細(xì)觀察加工前的內(nèi)壁表面，可以看到切削工具造成的細(xì)小痕跡，而加工后的內(nèi)壁則光亮如鏡。
珩磨加工前（左圖），珩磨加工后（右圖）。
三輪工長
在修復(fù)翻新初代皇冠之前，豐田修復(fù)翻新了初代PUBLICA。和之前的情況一樣，在修復(fù)翻新沒有備用零件的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體時(shí)，必須盡量減少加工余量（加工表面的深度）。這次也是一樣，在達(dá)到理想狀態(tài)的同時(shí)，必須盡量減少加工余量。
您可以在下方視頻中觀看具體過程。
修復(fù)翻新作業(yè)完成后，當(dāng)R型發(fā)動(dòng)機(jī)重新組裝并首次點(diǎn)火時(shí)，在場的所有人都親身體驗(yàn)到了珩磨加工的成果：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的聲音非常平穩(wěn)，與成員們之前聽到的R型發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音完全不同。此外，修復(fù)翻新后的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力也超出了預(yù)期。
其實(shí)，考慮到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史，超乎預(yù)期也不足為奇。70年前，初代皇冠誕生時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)與今天的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，原材料和結(jié)構(gòu)不同，而且當(dāng)時(shí)氣缸內(nèi)壁的精密加工技術(shù)也完全不如現(xiàn)在的技術(shù)。
利用現(xiàn)代技術(shù)，在初代皇冠的R型發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)的轉(zhuǎn)速和馬力，這與它誕生時(shí)的水平相比簡直是天壤之別。這正是原本的制造商豐田公司才能做到的事情：在原裝基礎(chǔ)上對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行完美的修復(fù)翻新。
隨著汽車電動(dòng)化程度的不斷提高，我們遺憾地發(fā)現(xiàn)很多人開始輕視發(fā)動(dòng)機(jī)，將其視為“過去的技術(shù)”。
然而，內(nèi)燃機(jī)已有100多年的發(fā)展歷史，制造技術(shù)也在不斷飛躍進(jìn)步。發(fā)動(dòng)機(jī)珩磨加工技術(shù)可謂發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的精髓和前沿。
如果能像本次修復(fù)翻新項(xiàng)目一樣，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到老式發(fā)動(dòng)機(jī)上，使車輛擁有在其制造時(shí)無法想象的性能、可信賴性和耐久性，那么您就可以一直駕駛您的愛車。這項(xiàng)技術(shù)為老車修復(fù)翻新領(lǐng)域翻開了全新的一頁。
從左往右分別是：三輪隆幸工長、中林廣夢、佐藤拓也EX、岡田孝行課長。
（文章：澀谷康人）
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