Moottorin osien materiaalit määräävät, miten lohko, kansi tai kampiakseli kestää kuormaa ja miten niitä voi koneistaa, hitsata ja korjata. Kun tunnistaa, onko pöydällä valurautaa, alumiinia vai terästä, ymmärtää paremmin koneistamon tarjouksen, toleranssit ja sen, miksi samanlainen työ maksaa eri moottoreissa eri verran. Tieto auttaa varsinkin harrastajaa ja klassikkoauton omistajaa, joka on aloittamassa moottoriremonttia.
Sama materiaalitieto on hyödyksi myös korjaamolla. Yleinen autohuolto kuuluu autokorjaamoille ja moottoripyörien myynti moottoripyöräliikkeille. Moottorikoneistamo on erikoistunut moottorin sisäosien koneelliseen kunnostukseen, ja siinä materiaali vaikuttaa jokaiseen työvaiheeseen.
Miksi moottorin osien materiaalit ratkaisevat koneistuksessa
Jokainen metalli käyttäytyy lämmössä eri tavalla. Alumiinin lämpölaajeneminen on noin 23 µm metriä kohden astetta kohti, valuraudan ja teräksen noin 11-12 µm. Ero kuulostaa pieneltä, mutta sylinterissä ja laakeripesässä toleranssit mitataan sadasosamillimetreinä.
Siksi materiaali vaikuttaa siihen, millaisen männän välyksen koneistaja valitsee, millä hiontakivellä honataan ja kannattaako halkeama hitsata vai vaihtaa osa. Suomen autokanta on EU:n vanhimpia, joten koneistamoille tulee sekä 1960-luvun valurautamoottoreita että 2010-luvun ohutseinäisiä alumiinilohkoja. Niitä ei voi käsitellä samalla rutiinilla.
Valurauta – lohkojen ja kampiakselien klassikko
Harmaa valurauta on ollut sylinterilohkojen perusmateriaali vuosikymmeniä. Volvon B230, Chevroletin small block 350 ja vanhat traktorin dieselit ovat tyypillisiä esimerkkejä. Grafiittihiutaleet vaimentavat värähtelyä ja pitävät öljyä sylinterin pinnalla, joten valurautasylinterin voi porata ja honata suoraan ilman erillistä holkkia.
Valurauta kestää koneistusta hyvin. Lohko voidaan porata ylikokoon useamman kerran, tyypillisesti 0,25-1,00 mm portain, kunhan sylinterin seinämänpaksuus riittää. Kokenut koneistaja tarkistaa paksuuden ennen kuin ehdottaa suurinta ylikokoa, koska varsinkin vanhoissa jenkki-V8:ssa valukeernat ovat voineet siirtyä tehtaalla.
Heikkous on hauraus. Pakkasvaurio tai ylikuumeneminen halkaisee valurautaa helposti, ja hitsaaminen vaatii esilämmitystä tai kylmäkorjausta tikkausmenetelmällä. Raskaan kaluston dieseleissä yleistyy vermikulaarinen valurauta (CGI). Se on tavallista harmaata valurautaa lujempaa, ja sitä käytetään esimerkiksi Fordin 6,7 litran Power Stroke -dieselissä.
Kampiakseleissa valurauta on yleensä pallografiittivalurautaa. Se riittää hyvin tavalliseen henkilöauton moottoriin, ja tällaisen akselin voi hioa 0,25 mm alikokoon ongelmitta. Ennen ylimääräistä hiontaa kannattaa kuitenkin tarkistaa, onko akselin pinta karkaistu tai nitrattu.
Alumiini – kevyt mutta vaativa materiaali
Alumiinista valmistetaan lähes kaikki nykyiset sylinterikannet, valtaosa uusista henkilöauton lohkoista ja käytännössä kaikki männät. Alumiini johtaa lämpöä hyvin ja on kevyttä, mutta se on pehmeää ja vääntyy helpommin.
Ylikuumenemisen jälkeen alumiinikansi on usein käyrä. Kannen tasohionnassa poistetaan tavallisesti 0,05-0,20 mm. Monikerroksinen teräksinen MLS-tiiviste vaatii sileämmän pinnan kuin vanha komposiittitiiviste, joten pinnankarheus pitää valita tiivisteen mukaan. Kansipultit kiristetään alumiiniin eri tavalla kuin valurautaan, ja vanhat venyvät pultit vaihdetaan aina.
Alumiinilohkoissa sylinterin pinta on toteutettu monella tavalla. Osassa on valurautaholkit, jotka voidaan porata kuten valurautalohko. Toisissa sylinterin pinta on pinnoitettu nikasililla tai valmistettu suoraan piipitoisesta Alusil-seoksesta, eikä niitä voi honata tavallisella kivellä. Nissan GT-R:n VR38-moottorissa sylinterit on plasmapinnoitettu. Kulunut pinnoitettu sylinteri korjataan yleensä holkittamalla tai uudelleenpinnoittamalla, ja holkitus maksaa usein 150-300 € sylinteriltä.
Kevyttä ja lujaa yritetään joskus yhdistää. BMW:n N52-moottorin lohkossa on magnesiumvaippa ja alumiininen sisäosa. Tällaisen lohkon kanssa koneistamo selvittää ensin, mitä pintaa saa työstää.
Teräs – kun kuormat kasvavat
Terästä käytetään siellä, missä vaaditaan lujuutta ja väsymiskestävyyttä: kampiakseleissa, kiertokangissa, venttiileissä ja pulteissa. Taottu teräskampiakseli, esimerkiksi 4340-seoksesta tehty, kestää selvästi valurautaista paremmin turboahtimen ja korkeiden kierrosten kuormat. Kilpakäytössä akseli nitrataan usein. Se kovettaa pinnan, mutta karkaistu kerros on ohut, ja liian syvä hionta poistaa sen kokonaan.
Kiertokangista valtaosa on taottua tai sintrattua terästä. Sintratuissa kangissa on murrettu kansi, jonka pinnat sopivat yhteen vain alkuperäisessä asennossa. Sellaista kankea ei voi kunnostaa samoin kuin vanhaa taottua kankea, jonka iso pää hiotaan ja kansi oikaistaan.
Venttiileissä materiaali korostuu turbomoottoreissa. Pakoventtiilit tehdään austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä, kuten 21-4N:stä, tai äärimmäisissä kohteissa Inconel-seoksesta. Venttiili-istukat valitaan saman parin mukaan, koska liian pehmeä istukka painuu lyhyessä ajassa.
Myytti: taottu osa on aina parempi
Harrastajien keskuudessa elää käsitys, että taotut männät ja kampiakseli kuuluvat jokaiseen kunnostettuun moottoriin. Näin ei ole. Taottu 2618-seoksen mäntä laajenee lämmössä enemmän kuin valettu, joten sille koneistetaan suurempi välys. Kylmänä moottori voi siksi kolista ensimmäiset minuutit.
Arkiajoon tarkoitettuun moottoriin sopii usein paremmin hypereutektinen valettu mäntä, jossa on noin 16 % piitä. Se on hiljainen ja kestää kulutusta hyvin. Taotut männät ovat järkevä valinta, kun ahtopaine tai kierrokset kasvavat selvästi. Siitä kerrotaan lisää artikkelissa taottujen mäntien koneistuksesta virityskäytössä. Taottu 4032-seos on välimuoto: siinä on enemmän piitä, se laajenee vähemmän ja se sopii katuviritykseen.
Toinen sitkeä uskomus on, että klassikkomoottori tarvitsee aina lyijynkorviketta. Useimmiten kevyessä harrasteajossa ei tarvitse. Korvikkeen sijaan pakoventtiilien istukat kannattaa vaihtaa kovametallisiin, jos moottoria ajetaan raskaasti, esimerkiksi peräkärrin kanssa tai pitkillä moottoritieosuuksilla.
Yleisimmät virheet materiaalien kanssa
Moni ongelma moottoriremontissa syntyy siitä, ettei materiaalia ole otettu huomioon jo suunnitteluvaiheessa. Tyypillisimmät virheet ovat nämä:
Väärä mäntävälys. Taotulle männälle koneistetaan valetun männän välys, ja seurauksena on hankaumia sylinterissä jo sisäänajon aikana.
Pinnoitetun sylinterin honaus. Nikasil- tai Alusil-sylinteriä yritetään honata tavallisella kivellä, ja pinnoite tuhoutuu.
Valurautahalkeaman kuumahitsaus ilman esilämmitystä. Hitsisauman viereen syntyy uusi halkeama heti jäähtymisen jälkeen. Vaihtoehdoista kerrotaan lisää artikkelissa sylinterilohkon halkeamien tunnistuksesta ja korjauksesta.
Tavallinen esimerkki tilanteesta on Volvo 240, jonka B230-moottori on ylikuumentunut kesällä peräkärryä vetäessä. Valurautainen lohko on yleensä kunnossa, mutta alumiinikansi on vääntynyt ja siinä voi olla hiushalkeama palotilojen välissä. Tällöin kannattaa ensin tehdä painekoe ja vasta sen jälkeen tasohionta. Kannen hiominen ilman painekoetta voi tarkoittaa, että samaa työtä joudutaan maksamaan kahdesti.
UKK
Voiko alumiinilohkon porata ylikokoon kuten valurautalohkon?
Voi, jos lohkossa on valurautaholkit ja seinämänpaksuutta on riittävästi. Pinnoitettu tai suoraan piipitoisesta seoksesta valettu sylinteri pitää yleensä holkittaa tai pinnoittaa uudelleen.
Kestääkö valurautainen kampiakseli tehonlisäyksen?
Maltillisen, noin 20-30 % tehonlisäyksen se kestää yleensä, kun akseli on halkeamaton ja tasapainotettu. Suurilla ahtopaineilla tai korkeilla kierroksilla taottu teräsakseli on turvallisempi valinta.
Miten tunnistan, onko moottorin osa valurautaa vai terästä?
Valurauta on yleensä karkeapintaista ja tummaa, ja valusaumat näkyvät selvästi. Taotussa teräksessä on leveä takeen jäysteen jälki. Koneistamo tunnistaa materiaalin osanumerosta tai tarvittaessa kovuusmittauksella.
Yhteenveto – materiaali ensin, koneistus sitten
Valurauta kestää koneistusta ja sopii hyvin klassikkoon tai työkoneeseen. Alumiini vaatii tarkempaa lämpö- ja pinnankarheuden hallintaa. Teräs on oikea valinta, kun kuormat kasvavat. Ennen kuin lähetät lohkon tai kannen koneistamolle esimerkiksi Rovaniemeltä tai saaristosta, selvitä moottorin tyyppimerkintä ja mahdolliset aiemmat korjaukset. Kysy koneistamolta suoraan, miten materiaali vaikuttaa ylikokoihin, hitsattavuuteen ja hintaan. Vastauksesta näkee nopeasti, tunteeko koneistaja juuri sinun moottorisi.