Что такое ГБЦ? Конструкция и детали

Головка блока цилиндров. Назначение и устройство

Современный двигатель внутреннего сгорания представляет собой весьма сложный агрегат, включающий в себя большое количество узлов и деталей. Ключевой составной частью ДВС является головка блока цилиндров (ГБЦ). ГБЦ, или просто головка, служит своего рода крышкой, закрывающей сверху цилиндры двигателя. Однако это далеко не единственное функциональное назначение головки. ГБЦ имеет довольно сложную конструкцию, а ее состояние критически важно для нормальной работы мотора.

Разбираться в устройстве головки и понимать, как функционирует данный элемент, должен каждый автолюбитель.

Какие бывают головки

Головки блока цилиндров производят методом литья из легированного чугуна или сплавов на основе алюминия. Изделия из алюминиевого сплава не так прочны, как чугунные, зато легче и меньше подвержены коррозии, именно потому их применяют в моторах большинства легковых автомобилей.

Чтобы ликвидировать остаточное напряжение металла, деталь подвергают обработке по специальной технологии. Затем производится фрезеровка и сверление.

В зависимости от конфигурации двигателя (расположения цилиндров, коленвала и распредвалов) он может иметь различное количество ГБЦ. В однорядном агрегате головка одна, в моторах другого типа, например, V-образном или W-образном, их может быть две. Крупногабаритные двигатели обычно оснащаются отдельными головками для каждого цилиндра.

Конструкция ГБЦ различается также в зависимости от количества и расположения распределительных валов. Распредвалы могут монтироваться в дополнительном отсеке головки, а могут устанавливаться в блоке цилиндров.

Возможны и другие конструктивные особенности, которые зависят от количества и расположения цилиндров и клапанов, формы и объема камер сгорания, расположения свечей или форсунок.

В двигателях с нижним расположением клапанов головка имеет значительно более простое устройство. В ней имеются лишь каналы циркуляции антифриза, посадочные места для свечей зажигания и элементы крепления. Однако такие агрегаты обладают низкой эффективностью и в автомобильной промышленности давно уже не используются, хотя их все еще можно встретить в специальной технике.

Устройство ГБЦ и ее функциональное назначение

ГБЦ, в соответствии со своим названием, находится в верхней части мотора. По сути это корпус, в котором монтируются детали газораспределительного механизма (ГРМ), управляющего впуском воздушно-топливной смеси в цилиндры и выпуском отработанных газов. В головке располагаются верхние части камер сгорания. В ней имеются отверстия с резьбой для вкручивания свечей зажигания и форсунок, а также отверстия для подсоединения впускного и выпускного коллектора.

Для циркуляции охлаждающей жидкости служат специальные каналы (так называемая рубашка охлаждения). Снабжение смазкой осуществляется по масляным каналам.

Кроме того, здесь предусмотрены посадочные места для клапанов с пружинами и приводными элементами. В простейшем случае на каждый цилиндр приходится по два клапана (впускной и выпускной), но их может быть и больше. Дополнительные впускные клапаны дают возможность увеличить общую площадь сечения, а также уменьшить динамические нагрузки. А за счет дополнительных выпускных клапанов можно улучшить теплоотвод.

Посадочное гнездо клапана (седло), изготовленное из бронзы, чугуна или жаропрочной стали, запрессовывается в корпус ГБЦ либо может выполняться в самой головке.

Точность посадки клапанов обеспечивают направляющие втулки. Материалом для их изготовления может быть чугун, бронза, металлокерамика.

Головка клапана имеет конусообразную фаску, сделанную под углом 30 или 45 градусов. Эта фаска является рабочей поверхностью клапана и прилегает к фаске седла клапана. Обе фаски тщательно обрабатываются и притираются для плотного прилегания.

Для надежного закрывания клапана служит пружина, которая производится из легированной стали с последующей специальной обработкой. Величина ее предварительной затяжки существенно влияет на параметры работы мотора.

Управляет открыванием / закрыванием клапанов распределительный вал. На нем имеется по два кулачка на каждый цилиндр (один для впускного, другой для выпускного клапана). Хотя возможны и другие варианты, в том числе наличие двух распредвалов, один из которых управляет впуском, другой — выпуском. В двигателях современных легковых автомобилей чаще всего применяется именно два распредвала, установленных сверху, а количество клапанов составляет 4 на каждый цилиндр.

В качестве приводного механизма управления клапанами применяются рычаги (коромысла, рокеры) или толкатели в виде коротких цилиндров. В последнем варианте зазор в приводе автоматически регулируется с помощью гидрокомпенсаторов, что повышает их надежность и продлевает срок службы.

Нижняя поверхность ГБЦ, которая прилегает к блоку цилиндров, делается ровной и тщательно обрабатывается. Чтобы исключить попадание антифриза в систему смазки или моторного масла в систему охлаждения, а также проникновение этих рабочих жидкостей в камеру сгорания, между головкой и блоком цилиндра при монтаже устанавливается специальная прокладка. Она может быть изготовлена из асбестокаучукового композитного материала (паронит), из меди или стали с полимерными прослойками. Такая прокладка обеспечивает высокую степень герметичности, не дает смешиваться рабочим жидкостям систем смазки и охлаждения, изолирует друг от друга цилиндры.

К блоку цилиндров головка крепится при помощи болтов или шпилек с гайками. К затяжке болтов нужно подходить очень ответственно. Ее следует производить в строгом соответствии с указаниями автопроизводителя по определенной схеме, которая может отличаться у разных двигателей. Обязательно нужно использовать динамометрический ключ и соблюдать установленный момент затяжки, который должен быть указан в инструкции по ремонту.

Несоблюдение процедуры приведет к нарушению герметичности, пробою прокладки ГБЦ, выходу газов через стык, снижению компрессии в цилиндрах, нарушению изоляции друг от друга каналов систем смазки и охлаждения. Все это проявится нестабильной работой двигателя, потерей мощности, перерасходом горючего. Как минимум придется менять прокладку, моторное масло и антифриз с промывкой систем. Возможны и более серьезные неприятности вплоть до необходимости серьезного ремонта двигателя.

Необходимо помнить, что прокладка ГБЦ не годится для повторной установки. Если головка снимается, прокладку необходимо обязательно заменить, независимо от ее состояния. То же касается и болтов крепления.

Сверху ГБЦ закрывается защитной крышкой (ее еще называют клапанной крышкой) с резиновым уплотнением. Она может быть изготовлена из листовой стали, алюминия или пластика. В крышке обычно имеется горловина для заливки моторного масла. Здесь также нужно соблюдать определенные моменты затяжки при закручивании болтов крепления и менять уплотнительную резину при каждом вскрытии крышки.

О ремонте и замене

К вопросам профилактики, диагностики, ремонта и замены головки блока цилиндров нужно подходить максимально серьезно, поскольку это критически важный элемент двигателя, который, к тому же, подвергается очень значительным механическим и термическим нагрузкам.

Проблемы рано или поздно возникают даже при правильной эксплуатации автомобиля. Ускоряют появление неисправностей в двигателе — и головке в частности — следующие факторы:

игнорирование периодической замены моторного масла;

использование низкокачественной смазки или масла, не соответствующего требованиям для данного ДВС;

использование горючего плохого качества;

забитые фильтры (воздушный, масляный);

длительное отсутствие регламентных работ;

резкая манера вождения, злоупотребление высокими оборотами;

неисправная или неотрегулированная система впрыска;

неудовлетворительное состояние системы охлаждения и, как результат, перегрев двигателя.

О пробое прокладки ГБЦ и других связанных с ней проблемах, уже говорилось выше. Подробнее об этом можно почитать в отдельной статье. Другие возможные неисправности головки:

треснувшие седла клапанов;

изношенные направляющие втулки клапанов;

разбитые посадочные места распредвала;

поврежденные элементы крепления или резьба;

трещины непосредственно в корпусе ГБЦ.

Седла и направляющие втулки можно заменить, однако производить это нужно по особой технологии с применением специального оборудования. Попытки сделать такой ремонт в гаражных условиях скорее всего приведут к необходимости полной замены головки. Самостоятельно можно попробовать очистить и отшлифовать фаски седел, не забывая при этом, что они должны плотно прилегать к ответным фаскам клапанов.

Для восстановления изношенных постелей под распредвал используют ремонтные втулки из бронзы.

Если сорвана резьба в гнезде для свечи, можно установить ввёртыш. Вместо поврежденных крепежных деталей используются ремонтные шпильки.

Трещины в корпусе головки можно попробовать заварить, если они находятся не на газовых стыках. Использовать средства типа холодной сварки бессмысленно, так как они имеют иной коэффициент теплового расширения и попросту очень быстро растрескаются. Применение сварки для устранения трещин, проходящих через газовый стык, нецелесообразно — в этом случае головку лучше заменить.

Вместе с головкой обязательно нужно менять ее прокладку, а также резиновое уплотнение крышки.

Проводя дефектовку головки блока цилиндров, не забудьте также проверить установленные в ней детали ГРМ — клапаны, пружины, коромысла, рокеры, толкатели и, конечно, распредвал. Если возникнет необходимость приобрести новые запчасти для замены изношенных, вы можете сделать это в интернет-магазине Китаец.

Удобнее и проще приобретать и монтировать ГБЦ в сборе, когда в ней уже установлены детали газораспределительного механизма (распредвал, клапаны с пружинами и приводами и пр.). Это избавит от необходимости подгонки и регулировки, которые потребуются, если в новый корпус головки установить компоненты ГРМ из старой ГБЦ.

Головки цилиндров (ГБЦ)

Головки (крышки) цилиндров вместе с цилиндрами образуют надпоршневую полость, в которой осуществляются все тепловые процессы рабочего цикла двигателя. Головка (ГБЦ) не только закрывает цилиндр, по и служит полостью для полного или частичного разме­щения объема сжатия c, т. е. камеры сгорания, а также свечи зажигания (при внешнем смесеобразовании) или форсунки (в дви­гателях с внутренним смесеобразованием). В головке верхнеклапан­ного двигателя размещается клапанный механизм, каналы впуска рабочего тела в цилиндр и выпуска горячих отработавших газов. К головкам крепят также впускные и выпускные трубопроводы с их системами и вспомогательное оборудование двигателя.’

Стенки головки, образующие камеру сгорания, в большей мере, чем стенки цилиндра, подвержены воздействию открытого пламени и давлению газа. Поэтому делают их в 1,5—2,0 раза толще стенок гильз цилиндров и интенсивно охлаждают.

При жидкостном охлаждении головки (ГБЦ), как и цилиндры, одевают рубашкой охлаждения, а в двигателях воздушного охлаждения — оребряют. Полости рубашек охла­ждения головки и цилиндра с помощью протоков объединяются в общую систему, циркуляция жидкости в которой организуется так, чтобы «холодный» поток ее на входе в систему охлаждения двигателя имел температуру около 80°С и прежде всего омывал наи­более горячие стенки головки (выпускные патрубки). В двигателях воздушного охлаждения оребрение головки делают особенно раз­витым, причем ребра располагают по движению потока охлаждающе­го воздуха так, чтобы обеспечивался более эффективный теплоотвод.

Читайте также  Какие «недуги» могут подстерегать стартер на Опеле и как им противостоять?

В связи с изложенным головка цилиндров приобретает весьма сложную конструкцию, особенно в двигателях с верхним располо­жением клапанов. Головки автомобильных двигателей делают не только съемными, но и отливают общими для всех цилиндров, обра­зующих ряд (от двух до восьми включительно), или для группы цилиндров (практикуется в основном при воздушном охлаждении). Только в очень малых двухтактных одноцилиндровых двигателях находит еще применение совместная отливка головки с цилиндром. Объединение этих важных конструктивных элементов остова двига­теля чрезвычайно осложняет обработку зеркала цилиндра и выпол­нение монтажно-демонтажных работ при ремонте многоцилиндро­вых двигателей, поэтому метод совместной отливки в авто- и тракто­ростроении в настоящее время не применяется.

Головки (ГБЦ) двигателей автомобильного и тракторного типов изгото­вляют из серого или легированного чугуна, но чаще всего из алю­миниевых сплавов (для краткости их называют обычно алюминие­выми). В карбюраторных двигателях с воздушным и жидкостным охлаждением предпочтительнее применять алюминиевые головки. Алюминиевые сплавы обладают хорошей теплопроводностью, вслед­ствие чего тепловая напряженность стенок головки бывает сравни­тельно ниже чугунных. Поэтому алюминиевые головки способ­ствуют уменьшению степени подогрева свежего заряда и позволяют работать с более высокими степенями сжатия на том же топливе без возникновения детонационного сгорания. В результате этого при­менение алюминиевых головок позволяет улучшать мощностные и экономические показатели двигателей.

Чтобы одновременно использовать высокую теплопроводность алюминия и жаростойкость чугуна в дизелях с воздушным охлажде­нием, основание головки и патрубки, особенно выпускных каналов, изготовляют иногда из чугуна и заливают их алюминиевым сплавом. По сравнению с чугунными головками это улучшает теплоотвод и уменьшает возможную деформацию головки при ее нагреве и охла­ждении. Однако для головок форсированных дизелей (работающих с большой тепловой напряженностью) рекомендуется применение алюминиевых сплавов.

При изготовлении головок из алюминиевых сплавов обязатель­но применяются вставные седла под клапаны. Они изготавливаются из высокопрочного жаростойкого чугуна, имею­щего высокий коэффициент линейного расширения, из легированной или среднеуглеро-дистой стали и алюминиевой бронзы.

Для плотной и надежной посадки вставных седел в головку ее нагревают примерно до 170—200°С, а седла охлаждают иногда до температуры минус 80°С (в сухом льду). После такой сборки седла обвальцовывают еще путем уплотнения вокруг них материала головки. Необходимость этого вызывается тем, что наиболее горячим местом головки является перемычка между гнездами клапанов, нагревающаяся до 230— 260°С, а так как механическая прочность алюминиевых сплавов при нагреве заметно снижается, то плохая посадка вставного седла приводит к потере герметичности и выходу из строя всей головки. В нагретую головку запрессовывают и направляющие втулки для клапанов, которые изготовляют из чугуна, металло­керамики или бронзы. Такие втулки используют и в чугунных головках.

Вставки в алюминиевую головку двигателей воздушного охла­ждения делают также для крепления свечи зажигания или форсун­ки, если последняя имеет резьбовое крепление, т. е. ввертывают непосредственно в тело головки. Такие вставки обычно выполняют в виде простых резьбовых переходных втулок (футорок) и вверты­вают в предварительно нагретую головку.

Вставные седла под клапаны применяют и в чугунных головках, но их обычно ставят под выпускные клапаны, поскольку они рабо­тают в более тяжелых условиях (средняя температура нагрева достигает у них 800°С). Вставки в этих случаях изготовляют из жаропрочных материалов.

Плоскости стыка головки и блока цилиндров уплотняют с по­мощью стале-асбестовых или цельнометаллических прокладок, кото­рые ставят сразу под всю головку. При затяжке шпилек крепления головки, например, право­го блока цилиндров прокладка зажимается между верхней опорной плоскостью правого блока и привалочной пло­скостью его головки.

С тале-асбестовые прокладки в настоящее время применяют в подавляющем большинстве двигателей автомобильного типа. Их основу составляет огнестойкий волокнистый мине­рал — асбест, приготовленный в виде тонкого листа (листовой асбест). Для придания прокладкам необходимой прочности их армируют тонким перфорированным стальным листом или сеткой из стальной проволоки. В последнем случае получают асбостальное полотно, из которого и вырубают прокладки головки блока. Про­кладки делают с такими же внутренними и наружными контурами, какие имеются у привалочной плоскости блока цилиндров со слож­ным рисунком отверстий под камеры сгорания, шпильки крещения соединительные каналы рубашки охлаждения и т. д. Толщина прокладок в рабочем (сжатом) положении составляет примерно 1,5 мм.

По контуру камер сгорания и в местах с тонкими перемычками между цилиндрами стале-асбестовые и другие армированные про­кладки окантовывают тонким сравнительно мягким стальным листом. Металлическая окантовка улучшает механические свой­ства прокладок и главное позволяет повышать местную плотность стыка вокруг камеры сгорания, что имеет важное значение для надежного уплотнения цилиндров. Чтобы предохранить прокладку от прогорания, ее окантованную кромку отводят от контура’вну­тренних стенок камеры сгорания примерно на 1—2 мм. В конструк­циях с мокрыми гильзами с этой целью опорный фланец гильзы снабжают иногда специальным буртиком, который защи­щаетуплотнительную прокладку от воздействия открытого пламени и возможного ее прогорания.

Для уменьшения прилипаемости прокладок к привалочным плос­костям головки или цилиндров и последующего разрыва их при разборке двигателя поверхности прокладок обильно покрывают графитом. Ранее все асбестовые прокладки двигателей вообще пол­ностью облицовывались тонкой листовой латунью (фольгой). В результате получались так называемые медно-асбестовые проклад­ки, выдерживавшие многократное употребление, но вследствие относительной их сложности и дороговизны в подавляющем боль­шинстве случаев они заменяются теперь сравнительно простыми, дешевыми, хотя и менее надежными, армированными прокладками.

Цельнометаллические прокладки под головку блока изготовляют из листовых металлов — алюминия, меди или мягкой стали. Алюми­ниевые прокладки используют, например, на дизеле В-2. Они вырубаются из целого листа под всю головку ряда (блока цилиндров) так, чтобы перекрывался опорный фланец гильзы, который, в случаях использования мокрых гильз, обычно на 0,1— 0,2 мм возвышается над привалочной плоскостью блока цилиндров. Опорный фланец мокрой гильзы В-2 в зоне соприкосновения с про­кладкой имеет ряд кольцевых уплотнительных канавок, а по вну­тренней кромке — буртик, предохраняющий алюминиевую про­кладку от непосредственного воздействия открытого пламени.

Стальные прокладки под головку блока представляют собой набор нескольких, определенным образом спакетированных, тонких, относительно мягких листов. Такие прокладки применяют, в част­ности, на двухтактных дизелях Ярославского моторного завода.

Медные уплотнительные прокладки, изготовленные в виде тон­ких колец, ставят под чугунные головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения. Алюминиевые головки в этих двигателях обычно устанавливают без прокладок.

Надежность уплотнения головки блока в любом случае зависит от правильной и равномерной ее затяжки при установке на цилинд­ры. Головку блока следует затягивать только на холодном двига­теле в строго определенной последовательности и обязательно динамометрическим ключом, позволяющим контролировать вели­чину приложенного усилия. Затяжку головки обычно начинают со средней ее зоны с постепенным переходом к периферийным зонам. Момент затяжки головок в карбюраторных двигателях жидкостного охлаждения составляет в среднем 7—12 кГ·м (≈70—120 н·м), а в дизелях достигает 20 кГ·м (≈200 н·м). При выборе последовательности и нужного момента затяжки в каждом отдельном случае следует руководствоваться инструкцией завода-изготовителя. Неправильная затяжка головки снижает или вовсе сводит на нет эффективность любых уплотнительных прокладок. Надо следить также за тем, чтобы под гайки шпилек (головки бол­тов) крепления алюминиевых головок обязательно подкладывались обычные стальные толстые шайбы, иначе гайки будут врезаться в мягкое тело головки и разрушать поверхность ее стенок. Чугун­ные головки крепят без применения шайб.

Устройство ГБЦ

Двигатель внутреннего сгорания имеет сложную конструкцию, где каждый элемент отвечает за выполнение различных задач. Одним из таких элементов является головка блока цилиндров (ГБЦ).

ГБЦ смело можно назвать одним из ключевых узлов в мотоцикле или автомобиле. Это устройство контролирует вывод газов в двигателе внутреннего сгорания. Внешне ГБЦ представляет собой крышку, которая закрывает сам блок. Для ее изготовления используются алюминиевые сплавы или чугун.

Качественная работа головки блока цилиндров напрямую зависит от плотности прилегания самой ГБЦ к блоку цилиндров. Именно из-за этого верхняя часть данной детали является более узкой, чем нижняя. Между самим блоком и головкой находится уплотнительная прокладка. Фиксирование ГБЦ осуществляется с помощью штифтов.

Вся дальнейшая работа ГБЦ зависит от правильности монтажа. Каждый автомобиль имеет собственный регламент установки головки блока цилиндров. Поэтому важно использовать правильную инструкцию для каждого конкретного автомобиля. В ней указывается порядок затяжки штифтов и необходимый момент закручивания. Монтаж ГБЦ осуществляется с помощью динамометрического ключа.

Не следует применять грубую силу при установке ГБЦ – это может стать причиной повреждения масляного канала, уплотнительной прокладки и прочих элементов системы. Если головка будет деформирована, повреждена или установлена неправильно, это повлечет за собой нарушения в работе двигателя и всего транспортного средства.

Особенности конструкции ГБЦ

Для изготовления головки блока цилиндров сегодня применяются алюминиевые сплавы. Раньше распространенным материалом был легированный чугун.

Составляющими элементами ГБЦ являются:

  • газораспределительный механизм;
  • уплотнительная прокладка;
  • корпус головки цилиндра, в котором располагаются камера сгорания, патрубки системы охлаждения, масляные провода;
  • привод ГРЦ;
  • отсеки для монтировки свечей;
  • камера сгорания;
  • посадочные плоскости для выпуска переработанных газов.

Рассмотрим более подробно каждый из перечисленных выше элементов.

Клапаны ГБЦ располагаются в первом ряду. Наклон каждого из них к цилиндрам составляет 20˚. Современные иномарки имеют несколько иной принцип устройства ГБЦ, но конструкция все-равно является похожей.

Уплотнительная прокладка изготавливается из армированного асбеста. Этот материал хорошо выдерживает высокие температуры, которые возникают во время работы двигателей внутреннего сгорания. Также армированный асбест в состоянии выдержать высокое давление, обеспечивая герметичность конструкции мотора при различных нагрузках.

В передней части устройства располагается привод газораспределительного механизма и натяжитель цепи. Камеры сгорания располагаются близко к ним, поэтому взаимодействие с ними организовано механическим способом. Камеры для сжатия имеют в несколько раз меньший объем, чем сами поршни. Это позволяет воздушным смесям закручиваться в момент поднятия поршней в процессе работы двигателя. Таким образом процесс сгорания топлива улучшается.

Читайте также  Обзор ремней ГРМ компании DAYCO

На левой части головки цилиндра располагаются посадочные места для свечей зажигания. Сюда же монтируются системы для опоры рычага и опорные шайбы. Сверху ГБЦ есть крышка, которая фиксируется болтами к корпусу.

Несъемные детали в ГБЦ

В ГБЦ имеются несъемные части. В их числе – седла клапанов, которые отвечают за герметичность газораспределительного механизма. Важно учитывать, что сборка этих элементов происходила под воздействием пресса и выполнить их замену в домашних условиях невозможно. Ремонт можно выполнить только в сервисном центре и применением специализированного оборудования.

Многие владельцы авто пытаются самостоятельно выполнить ремонт ГБЦ, но лучше не делать этого, чтобы избежать серьезных проблем с транспортным средством.

  • Форма головки цилиндра может измениться, что приведет к нарушениям герметичности камеры сгорания и клапанов.
  • Неправильный нагрев может стать причиной выхода из строя головки цилиндров.
  • На поверхности детали могут образоваться трещины и микротрещины, из-за чего двигатель утратит свою работоспособность.

Самостоятельный ремонт несъемных деталей ГБЦ может стать причиной поломки детали, что обернется еще более дорогостоящим ремонтом.

Головка блока цилиндров ГБЦ

Любой мотор имеет сложную структуру, каждый элемент которой необходим для выполнения определенной задачи. Один из таких элементов – головка блока цилиндра.

ГБЦ является главным узлом в любом автомобиле или мотоцикле. Устройство необходимо для того, чтобы контролировать в двигателе внутреннего сгорания вывод газов. По своей природе головка блока цилиндров является крышкой, закрывающей сам блок. Крышка гбц создаётся из алюминиевых сплавов, также она может быть изготовлена из чугуна. На производстве головку блока цилиндров подвергают процессу искусственного старения. Количество ГБЦ напрямую зависит от типа ДВС, если он V-образного типа, на каждый ряд используется отдельная головка.

Работа гбц очень сильно зависит от степени уплотненности головки с блоком цилиндров. Этим объясняется то, что верхняя часть этой детали немного уже, в сравнении с нижней. Уплотнительная прокладка располагается между головкой и самим блоком цилиндров.

Установка и фиксирование головки цилиндров осуществляется при помощи штифтов, которые предназначены для закрепления детали. Правильность монтажа сильно влияет на дальнейшую работу ГБЦ. Для каждого транспортного средства в инструкции указан свой регламент. По этой причине не стоит заимствовать схему монтажа головки с иномарки для машины отечественного производства. Не стоит забывать о том, что штифты имеют определенный порядок затяжки, вместе с этим указан требуемый момент закручивания. Для правильной установки головки блока цилиндра используется специальный инструмент – динамометрический ключ.

При установке и затяжке ГБЦ следует в первую очередь опираться на инструкцию по установке, а не грубую физическую силу. Если перетянуть головку цилиндра – возможно повреждение уплотнительной прокладки, масляного канала ГБЦ и других, не менее важных составляющих этой системы. Например, головка в цилиндрах может треснуть, измениться в размерах, от работы этого элемента зависит вся работа двигателя, и как следствие, транспортного средства в целом.

Особенности конструкции

Конструкция головки цилиндров не такая простая, какой кажется на первый взгляд. Ниже будут описаны все составляющие этой детали.

В настоящее время все элементы головки блока цилиндра изготавливаются из алюминиевых сплавов, раньше для этой же цели использовали легированный чугун. Некоторые транспортные средства до сих пор оснащены чугунной головкой цилиндров. Объясняется это тем, что чугун наиболее оправдан для очень высоких или очень низких температур. Алюминиевые сплавы наиболее подвержены деформации из-за перепада температур. Размеры ГБЦ во время работы двигателя изменяются из-за повышенной температуры.

ГБЦ состоит из следующих элементов.

  • Уплотнительная прокладка.
  • Газораспределительный механизм.
  • Корпус головки цилиндра, именно здесь находятся все механизма и патрубки системы охлаждения, масляные провода и камера сгорания.
  • Отсеки, в которые в последующем монтируются свечи зажигания.
  • Привод газораспределительного механизма.
  • Камера сгорания, где осуществляется процесс горения топлива.
  • Тут же находятся посадочные плоскости, которые дают возможность выпускать переработанные газы.

Следует рассказать более подробно о каждом из этих элементов. Клапаны ГБЦ находятся в 1 ряду, каждый из которых наклонён к цилиндрам на двадцать градусов. В автомобилях последнего поколения может использовать несколько другой принцип устройства ГБЦ, но в целом, все примерно одинаково.

Более подробно стоит рассказать об уплотнительной прокладке, основа который это армированный асбест. Изготовление этого элемента именно из такого материала объясняется высокими температурами во время работы двигателя внутреннего сгорания, также на прокладку оказывается большое давление. Прокладка из армированного асбеста в состоянии обеспечить герметичность всех каналов и систем мотора.

Если разобрать переднюю часть этого устройства, то можно увидеть, что здесь располагается привод газораспределительного механизма вместе с натяжителем цепи. Камеры сгорания имеют тесный контакт с блоком, по этой причине их обрабатывают механическим путём. Объёмы камер для сжатия несколько меньше, чем размеры поршней. Объясняется это тем, что во время работы ДВС, в момент поднятия поршней, такая конструкция даёт возможность воздушным смесям закручиваться. В итоге улучшается сам процесс сгорания топлива.

На левом участке головки цилиндра располагаются отверстия для свеч зажигания, здесь же монтируются системы для опоры рычага, опорные шайбы. Наверху ГБЦ имеется крышка, которая крепится к остальному корпусу при помощи болтов.

В ГБЦ присутствуют несъёмные элементы. Седла клапанов, которые необходимы для герметичности газораспределительного механизма, здесь же находятся направляющие втулки. Следует принять к сведению, что эти элементы монтировались при помощи прессовки. То есть заменить их в домашних условиях невозможно, потребуется обращаться в сервисный центр или использовать специальное оборудование.

Некоторые автовладельцы пытаются заняться ремонтным работами ГБЦ самостоятельно, однако делать этого не рекомендуется, в противном случае возможны негативные последствия.

  1. Головка цилиндра может измениться по форме, в итоге будет нарушена герметичность клапанов и камеры сгорания.
  2. Из-за неправильного нагрева, головка цилиндра станет непригодной к эксплуатации.
  3. Возможно образование трещин и микротрещин, исправная работа мотора с которыми станет невозможной.

Ремонтные работы несъёмных элементов в домашних условиях могут привести к тому, что придётся приобретать новую ГБЦ. Никто не говорит, что грамотный специалист не сможет отремонтировать одну из этих деталей, однако сделать это получается далеко не всегда.

Диагностика и ТО

Рано или поздно любому механизму в транспортном средстве потребуется диагностика и техническое обслуживание, ГБЦ не является каким-либо исключением из правил. В этом вопросе главная задача владельца транспортного средства периодически заниматься диагностикой тех элементов, которые чаще всего выходят из строя.

  • Клапаны и их сальники.
  • Уплотнительная прокладка.

Особое внимание следует уделить прокладке, если она износилась, рабочие жидкости могут смешиваться, что приведет к поломке двигателя. При попадании охладительной жидкости в рабочее масло, она будет бурлить. Со временем это приведет к невозможности запуска мотора. В этом случае главным сигналом будет датчик температуры, который покажет кипение ДВС. Оценить ситуацию можно также сняв свечи зажигания. Зачем необходимы ремонтные работы? Чаще всего демонтаж головки цилиндров избежать не удастся в следующих случаях.

  • Изменилась высота гбц.
  • Возникла потребность отпрессовать клапаны и седла.
  • Один или несколько клапанов перестали функционировать и нуждаются в замене.
  • Требуется шлифовка крышки.
  • Требуется заменить уплотнительную прокладку.
  • Необходимо избавиться от микротрещин.

Если понимать, к чему приведет каждый шаг, и иметь необходимые инструменты, можно заниматься ремонтными работами ГБЦ и в домашних условиях, однако даже самое высокотехнологичное оборудование в руках неопытного владельца не поможет исправить проблему.

Головка блока цилиндров: конструкция, как работает, какие бывают проблемы

Иногда думают, что головка блока цилиндров (ГБЦ)— этонечто вроде крышки к корпусу мотора. Ну да, там имеются какие-то детальки, но в основном она чисто для того, чтобы закрывать блок, а если надо, то открывать его для ремонта. На самом же деле это важный узел двигателя— с конкретным назначением и определенными функциями.

Назначение и устройство

Основными функциями ГБЦ являются:

  • Место расположения деталей газораспределительного механизма (ГРМ), а также каналов для подачи топлива и удаления продуктов его сгорания.
  • Обеспечение газодинамических параметров порции воздуха.
  • Участие в формировании камеры сгорания и ее герметизация.
  • Подача и удаление масла для деталей ГРМ.

Правильно рассчитанная ГБЦ играет важную роль в том, чтобы машина соответствовала принятым нормативам по количеству выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Конструкция ГБЦ обусловлена работой ДВС. Последний получает энергию сгоревшего топлива и преобразует ее во вращение коленвала. Поэтому в ГБЦ обязательно должны быть:

  • Места для форсунок или свечей зажигания.
  • Камера, в которой будет сгорать топливо.
  • Седла для клапанов, а также их направляющие.
  • Места монтажа элементов ГРМ.
  • Рубашка для охлаждающей жидкости.
  • Смазочные каналы.

Помимо перечисленных выше элементов, в зависимости от конструкции ГБЦ, присутствуют и другие. Например, крышка из пластика или штампованного металла, с горловиной для залива смазки и пробкой, защищает от механических повреждений. Герметичность внутреннего объема обеспечивают прокладки. Составляющие ГРМ: траверсы,клапаны с пружинами и сухарями, коромысла с регулировочными винтами, гидрокомпенсаторы. Также имеются крепежные детали.

Чтобы бензин или солярка горели наилучшим образом, тем самым обеспечивая топливной системе заданные параметры газодинамики, диаметр впускных клапанов, по сравнению с выпускными, несколько больше. Траверса нужна, когда в 16-клапанной ГБЦ необходимо от одной штанги открывать по два клапана одновременно.

Гидрокомпенсатор может идти в комплекте с коромыслом. Чтобы открытый клапан вернуть в исходное положение, предусмотрены пружины. Свечи зажигания ставят в движках, которые работают на газе или бензине, форсунки—в дизелях.

Используемые материалы

К материалам изготовления ГБЦ предъявляются достаточно жесткие требования. Это обусловлено тем, что в данном узле находится ГРМ со впускными и выпускными каналами. Т.о., через ГБЦ проходит топливная смесь и раскаленные газы. Это значит, что металл работает в условиях высокой температуры и давления, постоянно соприкасается с химически агрессивной жидкостью в состоянии аэрозоля. Чтобы решить эти проблемы, для автомобильных моторных ГБЦ применяют:

  • Алюминий. Этот металл хорош тем, что он легкий,недорогой и хорошо проводит тепло. Поэтому тепловая напряженность в стенках всегда невысокая, из-за чего детонации не возникаютдаже в моторах с очень большим сжатием. Движки в ГБЦ из данного материала отличаются высокой мощностью и экономичностью. В изготовлении и ремонте они более удобны, т.к. легко обрабатываются.
  • Чугун. Он может быть легированный или серый. В обоих случаях это материал со значительной удельной плотностью и, как следствие, массой (По сравнению с алюминием, он приблизительно в два раза тяжелее). Еще один недостаток — подверженность коррозии. Из положительных качеств надо отметить большую прочность и жаростойкость. Чаще всего из этого материала делают ГБЦ для дизельных двигателей, особенно для тракторов. Связано это с тем, что детонационные характеристики ДТ превышают прочностные параметры алюминиевых ГБЦ, из-за чего последние быстро ломаются.

Иногда в охлаждаемых воздухом дизелях ГБЦ делают так, чтобы соединить жаростойкость с большой теплопроводностью. Тогда из чугуна отливают основание головки и выхлопных клапанов. А все остальное заливают сплавом алюминия. Получается довольно неплохо.

Не смотря на постоянное чередование циклов «нагрев – охлаждение», ГБЦ деформируется намного меньше. А теплоотвод у нее очень хороший. На форсированных дизелях, работа которых отличается высокой тепловой напряженностью, используют специальные сплавы алюминия.

Читайте также  Мастер-класс по изготовлению динамических «бегущих» поворотников

Разновидности головок

Тип ГБЦ зависит от конструкции мотора. Разновидности отличаются по устройству, исполнению камер сгорания, виду ГРМ и прочим особенностям.

По конструкции ГБЦ бывают:

  • Моноголовка для рядных двигателей. Это самый распространенный вид. Хотя они более сложные, из-за особенностей расположения распредвала в ГБЦ (или 2-х таких валов, позволяющих поставить при Common Rail насос-форсунку и сэкономить пространство)
  • Общая ГБЦ для V-образного мотора — на каждый ряд.
  • На каждом цилиндре отдельные головки— в многоцилиндровых рядных движках. Преимущества: простые, ремонтопригодные, дешевые в эксплуатации.
  • Индивидуальные варианты.

Моноголовки применяются обычно на рядных двигателях с числом цилиндров от двух до шести. На восьмицилиндровых и иногда на V-образных встречаются отдельные на каждый поршень. На моторы V-типа почти всегда ставится«своя» ГБЦ на каждый ряд. Головки раздельные применяются на мощных дизелях. А еще — на звездчатых или оппозитных двухцилиндровых движках. Ну и, конечно же, на одноцилиндровых.

По камерам сгорания (местоположение):

  • Находятся в ГБЦ. Этот вариант предполагает наличие плоского днища в поршне. Может присутствовать вытеснитель.
  • Расположены частично в поршне,частично в ГБЦ. Часть камеры тогда будет сделана внизу поршня.
  • В самом поршне Низ ГБЦ плоский. Для наклонных клапанов опционально делаются углубления.

В зависимости от устройства ГРМ и вообще его наличия:

  • Без ГРМ. Это многоцилиндровые нижнеклапанные моторы. А также двухтактные бесклапанные одноцилиндровые.
  • Есть клапаны, коромысла и прочие элементы. Распредвал находится внизу, все прочее – в верхней части головки.
  • Имеется полный комплект ГРМ: привод, клапаны,распредвал,сопутствующие детали. Все монтируется в верху ГБЦ.

Кроме того, ГБЦ различаются относительно моторов, для которых они предназначены: дизельные, бензиновые, газовые, форсированные, малооборотистые, с воздушным либо водяным охлаждением.

Поэтому без боязни ошибиться можно констатировать следующее. Конструкция у всех головок блока цилиндров примерно одинаковая. И неисправности аналогичные. Но взаимозаменяемость у них — это очень большая редкость.

Принцип работы

С принципом работы в данном случае нет никаких сложностей. ГБЦ формирует камеру сгорания и заполняет ее горючей смесью, после чего выводит наружу выхлопные газы. Более подробно это выглядит следующим образом. В карбюраторном двигателе ГБЦ начинает работать в момент запуска мотора:

  1. Кулачек распредвала толкает штангу через нижний наконечник.
  2. Усилие передается через стержень, верхний наконечник и регулировочный винт на коромысло через гидрокомпенсатор.
  3. Коромысло нажимает на торцевую поверхность клапана. Он немного опускается в камеру, от чего открывается круговая щель. Топливно-воздушная смесь впрыскивается и воспламеняется от искры, которую дает свеча зажигания.
  4. Пружина отбрасывает клапан обратно.После того, как поршень совершил рабочий ход «вниз», при подъеме «вверх» он выталкивает выхлопные газы.В заданный момент времени распредвал открывает выпускной клапан. Образуется аналогичная щель,через которую «дым» уходит в патрубок и, через выхлопную трубу, в атмосферу.
  5. Этот клапан ставится обратно в седло аналогично впускному, пружиной
  6. Цикл работы повторяется.

В дизеле топливо воспламеняется от резкого сжатия, а не от искры. Здесь для нормальной работы мотора необходимо обеспечить точную настройку топливного насоса высокого давления (ТНВД) — момент впрыска надо синхронизировать с движением клапана.

Уплотнение газового стыка

Герметичность уплотнения газового стыка (т.е. стыка между блоком и головкой) имеет большое значение для любого силового агрегата. Если ее не обеспечить, топливная смесь сгорит не полностью, упадет мощность и будут проблемы с запуском. Кроме того, работа двигателя окажется чрезмерно шумной, ускорится его износ.
Достижение полной герметичности обеспечивается установкой прокладки. В настоящее время применяются уплотнения трех типов:

  • Металлические. Они сделаны из листовой меди и стали. Это очень прочные и долговечные изделия. Нагрузки распределяются равномерно. Если блок цилиндров специфический, то в прокладке имеются дополнительные уплотняющие элементы.
  • Асбестовые. Помимо указанного материала, в их структуре есть и металлические элементы. Основные преимущества: большая огнестойкость и упругость. Недостатки: не «любит» температурные скачки и вибрацию. При длительном использовании теряет свойства.
  • Из композитных материалов, т.н. «безасбестовые». Сделаны из каучука и синтетического волокна. Это эластичные и упругие изделия, с большим сроком службы. Коррозии и резких температурных перепадов они не боятся. Хорошие электроизоляторы. Экологичны. Недостатки: дорогие, на периферии не всегда есть в продаже. На сегодняшний день считаются самыми лучшими.

Срок службы любой прокладки зависит не только от ее характеристик. Важно соблюдать правила монтажа ГБЦ, точно отрегулировать силового агрегат, заливать в него качественное топливо, следить чтобы не было накипи в охладительной системе, а также за корректностью работы помпы и термостата.

Все прокладки одноразовые. Использовать данные изделия повторно нельзя, даже если они выглядят неповрежденными. Причина в том, что полная герметичность не обеспечивается при установленном моменте затяжки. Болты заворачиваются от центральных к крайним. Прокладку надо менять в чистой обстановке, чтобы в камеру сгорания не попала стружка, пыль и т.п. При покупке такой детали надо брать оригиналы, желательно известных производителей.

Если во время ремонта двигателя планируется замена ГБЦ, то специалисты советуют купить данный узел в сборе. Как показывает практика, установка деталей от различных производителей впоследствии оборачивается проблемами в работе.

Часто встречающиеся поломки

ГБЦ – это слиток металла сложной формы. В нем есть множество функциональных деталей. Основная поломка — трещины. Кроме того, часто встречаются такие неприятности, как:

  • Под свечой сорвана резьба.
  • Нарушение герметичности из-за выхода из строя прокладки.
  • Ломается компенсатор,пружина, клапан, рокер.
  • Выпадает подклапанное седло.
  • Из-за появившейся щели внизу головки «дым» попадает в охладительную систему.
  • Под распредвалом износились постели.

При появлении трещин — есть варианты. Если это щель между камерой сгорания и рубашкой охлаждения, то вряд ли имеет смысл ремонтировать. Но в местах вне газового стыка отверстие можно заварить, менять ГБЦ совсем не обязательно. При износе постелей ставят бронзовые втулки.

В случае обнаружения любого дефекта, надо ремонтировать ГБЦ немедленно. В противном случае узел быстро выходит из строя до такой степени, что становится неремонтопригодным. Например, если клапан закрывается не полностью, то поршень стучит по его тарелке. Клапан деформируется, из-за чего к седлу прилегает уже не полностью. Из-за этого возникают дефекты ГБЦ и даже поршневой группы. В итоге выходит из строя одна из поршневых групп. Если же обратиться в ремонт на начальном этапе, то проблема решается относительно легко и быстро.

Кстати, сразу после ремонта очень полезно «послушать» двигатель. При неустойчивой его работе рекомендуется поскорее обратиться к специалисту. Потому что, если ремонт делал слесарь не слишком высокой (мягко говоря) квалификации, то решить проблему притиркой деталей не получится, что бы этот мастер не говорил по данному поводу.

Не зависимо от того, простой был ремонт ГБЦ или сложный, в заключение головку надо как следует отшлифовать, а опционально еще и фрезеровать. Особенно это касается привалочной плоскости. Опытный спец способен восстановить ГБЦ почти до исходного состояния. Но времени на это может уйти немало.

Заключение

Если кажется, что в ГБЦ нечему ломаться, то это только на первый взгляд. На самом деле, современные ДВС очень сложные, а условия, в которых они работают, предельно жесткие. Поэтому нет никаких гарантий, что головка за весь срок эксплуатации ни разу не выйдет из строя. Да, чаще всего достаточно лишь сменить прокладку.

Но за работой мотора надо следить очень тщательно. Любое отклонение от нормы, наличие посторонних шумов, перерасход масла или топлива, непонятное поведение на высоких или низких оборотах — это повод заняться диагностикой, чтобы в недалеком будущем не было серьезных проблем.

Признаки пробитой прокладки головки ГБЦ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: