Головка блока цилиндров: главная пара для блока цилиндров

С момента появления первого двигателя внутреннего сгорания агрегат претерпевал много видоизменений. В его устройство добавлялись новые механизмы, ему придавали разную форму, но некоторые элементы остались без изменений.

И один из таких элементов – головка блока цилиндров. Что это такое, как обслуживать деталь и основные поломки. Обо всем этом рассмотрим в данном обзоре.

Что такое ГБЦ в авто простыми словами

Головка – это часть конструкции силового агрегата машины. Она устанавливается сверху на блок цилиндров. Чтобы обеспечить герметичность соединения двух частей, используется болтовое крепление, а между ними размещается прокладка.

Данная деталь закрывает цилиндры блока, как крышка. Прокладочный материал используется для того, чтобы на стыке не просачивалась техническая жидкость и не вырывались рабочие газы мотора (воздушно-топливная смесь или газы расширения, образующиеся при взрыве ВТС).

Конструкция гбц позволяет установить внутрь механизм, отвечающий за формирование ВТС и распределение порядка и времени открытия впускных и выпускных клапанов. Такой механизм называется грм.

Где находится ГБЦ

Если поднять капот, в моторном отсеке сразу виден кожух из пластика. Часто в его конструкцию входит воздухозаборник воздушного фильтра и модуль самого фильтра. При демонтаже кожуха открывается доступ к мотору.

Стоит учесть, что современные автомобили могут оснащаться разным навесным оборудованием. Чтобы добраться до мотора, нужно отсоединить эти элементы. Самая большая конструкция – это мотор. В зависимости от модификации агрегат может иметь продольное или поперечное расположение. Это зависит от привода – задний или передний соответственно.

Сверху на двигателе прикручена металлическая крышка. Намного реже встречается особенная модификация двигателей – оппозитный или как его еще называют «боксер».

В этом случае он занимает горизонтальное положение, и головка будет находиться не сверху, а сбоку.

Такие двигатели рассматривать не будем, так как те, кто имеют средства приобрести подобное авто, не занимаются ручным ремонтом, а отдают предпочтение сервисному обслуживанию.

Итак, в верхней части двс расположена клапанная крышка. Она фиксируется на головке и закрывает газораспределительный механизм. Деталь, расположенная между этой крышкой и самой толстой частью мотора (блоком), как раз и есть гбц.

????Еще по теме:  Активная пена для автомойки — как ею пользоваться?

Назначение головки блока цилиндров

В головке сделано много технических отверстий и полостей, благодаря чему деталь выполняет множество разных функций:

• Со стороны капанной крышки сделаны крепления для установки распределительного вала (о назначении и особенностях этого элемента читайте в отдельном обзоре). Благодаря этому обеспечивается оптимальное распределение фаз грм в соответствии с тактом, который выполняет поршень в конкретном цилиндре;
• С одной стороны в головке имеются каналы впускного и выпускного коллекторов, которые фиксируются на детали гайками и шпильками;
• В ней сделаны сквозные отверстия. Одни предназначены для крепежа элемента, другие – для установки впускных и выпускных клапанов. Там же имеются свечные колодцы, в которые вкручиваются свечи (если мотор дизельный, то в эти отверстия вкручиваются свечи накала, а рядом с ними сделан еще один тип отверстий – для установки топливных форсунок);
• Со стороны блока цилиндров в районе верхней части каждого цилиндра сделано углубление. В собранном двигателе эта полость – камера, в которой смешивается воздух с топливом (модификация непосредственного впрыска, у всех остальных вариантов двигателей ВТС формируется во впускном коллекторе, который также закреплен на головке) и инициируется его сгорание;
• В корпусе ГБЦ сделаны каналы для циркуляции технических жидкостей – тосола или антифриза, обеспечивающихо охлаждение двс и масла для смазки всех подвижных деталей агрегата.

Материал изготовления головки блока цилиндров

Большинство старых двигателей изготавливались из чугуна. Материал обладает высокой прочностью и устойчивостью к деформациям из-за перегрева. Единственный недостаток такого ДВС – большой вес.

С целью облегчения конструкции производители применяют облегченный сплав алюминия. Такой агрегат весит намного меньше предыдущего аналога, что положительно сказывается на динамике транспортного средства.

Легковой автомобиль в современном исполнении будет оснащен именно таким мотором. Исключением в данной категории являются дизельные модели, так как в каждом цилиндре такого мотора создается очень высокое давление.

В совокупности с высокой температурой этот фактор создает неблагоприятные условия для использования легких сплавов, не отличающихся своей прочностью. В грузовом транспорте же остается применение чугуна для производства двигателей.

Технология, которая используется в этом случае – литье.

????Еще по теме:  ТОП-3 машины, которые можно купить на зарплату Макрона

Конструкция детали: что входит в ГБЦ

О материале, из которого изготавливается ГБЦ, уже поговорили, теперь обратим внимание на устройство элемента. Сама головка блока цилиндров выглядит в форме полой крышки с множеством разных углублений и отверстий.

Это позволяет использовать следующие детали и механизмы:

• Газораспределительный механизм. Он устанавливается в части между гбц и клапанной крышкой. В устройство механизма входит распределительный вал, система впускного и выпускного трактов. В каждом отверстии на впуске и выпуске цилиндров устанавливается клапан (их количество на один цилиндр зависит от типа ГРМ, о чем более подробно рассказывается в обзоре о конструкции распредвалов). Это устройство обеспечивает равномерное распределение фаз подачи ВТС и отвода отработанных газов в соответствии с выполняемыми тактами 4-тактного мотора путем открытия и закрытия клапанов. Чтобы механизм исправно работал, конструкция головки имеет специальные опорные узлы, куда устанавливаются подшипники распределительного вала (одного или нескольких);
• Прокладки гбц. Этот материал предназначен для обеспечения герметичности соединения между двумя элементами (как выполнить ремонт по замене прокладочного материала, рассказывается в отдельной статье);
• Технические каналы. Частично через головку проходит контур охлаждения (о системе охлаждения мотора читайте здесь) и отдельно смазки ДВС (об этой системе рассказывается здесь);
• С боку в корпусе ГБЦ сделаны каналы для впускного и выпускного коллекторов.

Место для монтажа газораспределительного механизма также называется постелью распредвала. Она устанавливается в соответствующие разъемы головки мотора.

Какие бывают головки

Существует несколько разновидностей головок двигателя:

• Для верхнего расположения клапанов – чаще всего используются в современных автомобилях. Такое устройство максимально облегчает ремонт агрегата или его настройку;
• Для нижнего расположения клапанов – используется крайне редко, так как такой двигатель потребляет много топлива и не отличается своей экономичностью. Хотя конструкция такой головки очень простая;
• Индивидуальные для отдельного цилиндра – часто применяется для габаритных силовых агрегатов, а также на дизелях. Их намного проще устанавливать или демонтировать.

Техобслуживание и диагностика ГБЦ

Для исправной работы двигателя внутреннего сгорания (а без гбц он работать не будет) от каждого автомобилиста требуется соблюдение регламента по обслуживанию машины. Также немаловажным фактором является соблюдение норм температурного режима ДВС. Работа мотора всегда связана с высокой температурой и значительным давлением.

????Еще по теме:  7 обязательных автомобильных косметических средств!

Современные модификации изготавливаются из материала, который может деформироваться при высоком давлении, если ДВС перегревается. О нормальном температурном режиме рассказывается здесь.

Неисправности головки блока цилиндров

Так как головка двигателя – лишь часть его конструкции, то поломки чаще всего касаются не самой детали, а механизмов и элементов, которые в ней установлены.

Чаще всего головка блока цилиндров снимается во время ремонта в случае пробивания прокладки гбц. На первый взгляд ее замена кажется простой процедурой, на самом деле эта процедура имеет несколько тонкостей, из-за чего ремонт может стоить дорого. Тому, как правильно менять прокладочный материал, был посвящен отдельный обзор.

Самая серьезная поломка – образование трещин в корпусе. Помимо этих неисправностей, многие автослесари, говоря о ремонте головки, имеют ввиду такие ремонтные работы:

• Сорвалась резьба в свечном колодце;
• Износились элементы постели распредвала;
• Износ седла клапана.

Многие поломки устраняются путем установки ремонтных деталей. Однако если образовалась трещина или отверстие, головку редко когда пытаются отремонтировать – ее просто меняют на новую. Но даже в сложных случаях некоторым удается отреставрировать сломанную деталь. Примером тому служит следующее видео:

Ремонт ГБЦ правильная сварка заварка трещин и окон на примере Opel Askona TIG cylinder head welding

Итак, хотя на первый взгляд в головке ничего не может сломаться, проблемы с ней все же могут возникнуть.

И если водитель столкнется с подобной проблемой, ему придется потратиться на дорогостоящий ремонт.

Чтобы такого не случилось, машину следует эксплуатировать в щадящем режиме, и не допускать перегрева силового агрегата.

Вопросы и ответы:

Как устроены головки блока цилиндров? Это цельнолитая деталь, выполненная из сплава алюминия или легированного чугуна. Нижняя часть ГБЦ немного расширена для большего контакта с блоком. Внутри ГБЦ сделаны необходимые пазы и упоры для установки необходимых деталей.

Где находится головка блока цилиндров? Этот элемент силового агрегата расположен над блоком цилиндров. В головку вкручиваются свечи зажигания, а во многих современных автомобилях еще и топливные форсунки.

Какие запчасти нужны для ремонта головки блока цилиндров? Это зависит от характера поломки. Если повредилась сама головка, то нужно искать новую. Для замены какой-то конкретной детали, например, клапанов, распредвала и т.д., нужно покупать им замену.

Доработка головки блока цилиндров (ГБЦ)

Автолюбители, независимо от стажа владения машиной, постоянно ищут способы повышения мощности двигателя. Есть несколько вариантов усовершенствования вашего автомобиля, одним из которых является доработка головки блока цилиндров (ГБЦ). 

Мы знаем, что крутящий момент, а соответственно и мощность, находятся в прямой зависимости от такого показателя, как коэффициент наполнения цилиндров рабочей смесью.

Чем больше наполнение, тем больше мощность двигателя, которая растёт при смещении максимального значения крутящего момента на более высокие обороты.

Для этого устанавливают распредвалы с расширенными фазами впуска/выпуска и увеличенными подъёмами клапанов, но на практике этого оказывается недостаточно.

Если критически подойти к рассмотрению головки блока цилиндров, то мы увидим множество недочётов — казалось бы мелких, но именно они не дают реализовать полный потенциал мотора. Это обусловлено технологией изготовления при массовом производстве ГБЦ, и поэтому всё придётся исправлять самостоятельно или в тюнинг-ателье. Как именно? Об этом и поговорим.

Стыковка каналов ГБЦ и коллекторов

Наиболее заметным «ляпом» наших производителей можно назвать неточную стыковку отверстий каналов ГБЦ и коллекторов. Ещё с уроков физики мы помним, что любой бугорок на пути воздушного потока вызывает возникновение завихрений, а, следовательно, снижение его скорости. Здесь же у нас целые «ступеньки», от которых необходимо обязательно избавиться. Одновременно необходимо проверить прокладки под коллекторы, чтобы они также не создавали препятствий. Желательно перед началом работ посадить коллекторы на штифты. Это необходимо по той причине, что крепёж коллекторов на автомобилях ВАЗ допускает небольшое смещение плоскостей ГБЦ и коллекторов относительно друг друга, что может привести всю работу к нулевому результату. Находим места на ГБЦ и коллекторах (2 штифта на каждый по краям) для удобного засверливания. В ГБЦ металлические штифты сажаем плотно, коллекторы же должны на них надеваться легко, но без люфтов. Проделайте необходимые отверстия в прокладке. Теперь точное позиционирование коллекторов и ГБЦ обеспечено.    Следует учесть то, что если диаметр канала ГБЦ немного больше (1-1,5 мм) диаметра канала впускного коллектора, но их соосность совпадает, то этим можно пренебречь, так как сколько-нибудь значимого сопротивления это не создаст. На выпуске создаётся аналогичная ситуация, только канал ГБЦ теперь может быть немного меньше канала выпускного коллектора.

Впускные/выпускные каналы ГБЦ

Если внимательно осмотреть впускные/выпускные каналы заводской головки блока цилиндров, то сразу бросаются в глаза приливы литья в районе направляющих втулок клапанов, выступающие в канал втулки и местами ломаная форма узких каналов. Используя шаровые фрезы разных форм и размеров необходимо добиться увеличения проходного сечения каналов, удалить все неровности и выступающие части. Форму канала надо изменить таким образом, чтобы его изгиб был наиболее плавным, но сохранил определенные радиусы кривизны. Внутренняя поверхность впускных каналов оставляется немного шероховатой для лучшей испаряемости бензина с их стенок. Выпускные каналы можно полировать, хотя заметного эффекта это не даст. Поперечное сечение канала не должно быть правильной окружности. Впускной канал имеет форму эллипса с небольшим бочкообразным расширением перед седлом клапана. Остальная часть канала ГБЦ и впускного коллектора плавно сужается по направлению потока.    Проводя увеличение диаметра каналов надо учитывать близлежащие внутренние коммуникации. При неаккуратной работе можно повредить маслоканал или канал рубашки охлаждения. При работе с ГБЦ восьмиклапанных двигателей, которые применяются на переднеприводных ВАЗах, надо быть предельно осторожным. Хотя это не убережет вас при расточке одного впускного канала, в котором маслоканал проходит настолько близко, что его вскрытие неизбежно. К сожалению, даже если канал останется невскрытым, он может быть просто прикрыт тонким слоем алюминия и позже прорвётся под давлением масла работающего двигателя. Перед началом расточки желательно в маслоканал вогнать стальную втулку, но, к сожалению, это не самый удобный вариант. Лучше устанавливать стальные или алюминиевые втулки после вскрытия канала, либо заваривать канал аргоном. Вначале определитесь: с коллектора или ГБЦ начинать расточку. Если планируется значительное увеличение диаметра каналов, то лучше начать доработку с той детали, каналы которой имеют более тонкие стенки, а по их форме и положению затем растачиваются каналы сопрягаемой детали. В классических двигателях ВАЗ принято начинать расточку с коллектора, потому что каналы ГБЦ имеют достаточный запас толщины для последующего совмещения. Обратите внимание на части направляющих втулок клапанов, которые выступают в каналы. Они создают заметные помехи потоку, поэтому их стараются укоротить или заострить. Иногда втулки стачивают заподлицо со стенкой канала и, хотя это в лучшей степени оптимизирует его пропускную способность, но такая доработка снижает ресурс направляющих, у которых он и так невелик на форсированных двигателях.

Клапаны

Здесь доработки направлены на увеличение пропускной способности и уменьшение веса клапанов. Увеличить пропускную способность можно изменив профиль тарелки, а также рабочие и дополнительные фаски клапана.    При переточке клапанов снимается лишний металл с обеих сторон тарелки клапана. На лицевой стороне делается небольшая выемка, а на тыльной уменьшается радиус перехода стержня в тарелку. Так же утоньшается тарелка и стержень клапана. Если вы не планируете менять втулки, то снимите лишний металл с ножки клапана от тарелки до направляющей втулки. Уменьшение диаметра всей ножки потребует замены направляющих втулок с меньшим диаметром отверстия. На 8-клапанных моторах ВАЗ при уменьшении диаметра ножки клапана с 8 до 7 мм можно добиться снижения веса стержня на 23,5%. У 16-клапанных двигателей диаметр стержня изначально составляет 7 мм. Можно поставить титано-алюминиевые клапаны, которые на 40% легче стальных, но они очень хрупкие и дорого стоят. Сёдла при этом приходится менять на бронзовые, которые более мягкие по сравнению с чугунными, что приводит к уменьшению отскока клапана при закрытии и дополнительно гасит ударные нагрузки. На 8-клапанных двигателях ВАЗ рабочие фаски делают уже, угол выпускных меняют на 45º, а угол впускных — на 30º. В местах перехода тарелки клапана в рабочую фаску нарезают дополнительные фаски, что даёт прирост около 5-6%.     Дальнейшая доработка предусматривает замену клапанов на увеличенные модели. Иногда их можно устанавливать без замены сёдел, так как штатные позволяют несколько увеличить свой внутренний диаметр и диаметр рабочей фаски. Это практикуется на 16-клапанных ГБЦ 2112, на которые устанавливаются увеличенные клапаны 32/27 мм. Также возможна установка увеличенных клапанов, предусматривающая замену сёдел. При этом вырезаются родные сёдла и устанавливаются чугунные, бронзовые или металлокерамические большего размера. В них нарезаются необходимые фаски и устанавливаются клапаны ещё большего диаметра, чем рассмотренные ранее. Этот способ дороже первого, но наиболее эффективен, а для 8-клапанных ГБЦ автомобилей ВАЗ является единственным решением. Прибавка мощности с такой доработкой достигает 8-10%. В этом случае можно установить облегчённые увеличенные клапаны 39/34 мм. Чтобы вы могли лучше ориентироваться, мы приведем данные по клапанам, которые можно устанавливать на двигатели ВАЗ:

• — ВАЗ 2101, 21011, 2103, 2106, 21213, 21214, 2123 – клапаны от 39/34 до 42/35;
• — ВАЗ 21083, 2111, 21114, 21116, 11183, 11186 – клапаны от 39/34 до 40/34;
• — ВАЗ 2112, 21124, 21126, 21127, 21128, 21129  – клапаны от 31/27 до 33/29,

где в числителе указан диаметр тарелок впускных клапанов, а в знаменателе — диаметр выпускных. Конечно, это не единственное решение, и вы можете подбирать размеры тарелок клапанов самостоятельно, но при этом необходимо учитывать, что для атмосферных двигателей оптимальным соотношением площади выпускного клапана по отношению к впускному — ¾ или примерно 75%. Это наглядно видно из следующих данных:

31/27 — 75.9% 33/29 — 77.2% 39/34 — 76,0% 40/34 — 72.3% 41/35 — 72.9%

Если ваш автомобиль оснащён наддувом или впрыском закиси азота, ему необходимо увеличение выпускных клапанов, так как двигатель производит больше отработанных газов. Под такие моторы соотношение клапанов может быть 90% и более.

Пружины клапанов Штатные пружины рассчитываются под конкретный двигатель с применением серийного распредвала.

Учитывается достаточный запас прочности, рассчитанный на относительно невысокие обороты.

В классических двигателях клапаны зависают на оборотах более 7000, на ВАЗ 21083 допускаются большие обороты, а на ВАЗ 2112 неадекватная работа клапанов вероятна на оборотах 7500-8000 об/мин.

Замена распредвала на более верховой может привести к зависанию клапанов. Наиболее простым способом является увеличение преднатяга штатной пружины, что выполняется подкладыванием под нее шайбы. Усилие на пружине увеличивается, но заметно уменьшается свободный ход. При установке спортивных распредвалов предъявляются более жёсткие требования к усилиям на пружинах. В этом случае требуется большой подъём кулачка и соответствующий ход пружины, поэтому их меняют на более жёсткие, которые имеют больший ход сжатия. Более жёсткие пружины заметно увеличивают нагрузки на клапаны, распредвал и тарелки, поэтому такую доработку желательно проводить последней из всех способов повышения порога зависания клапанов. Ещё одним способом является облегчение тарелок клапанных пружин. Их меньшая масса снижает нагрузки на распредвал и детали ГРМ, что особенно важно на повышенных оборотах. Можно перетачивать штатные тарелки, но лучше поставить новые из титано-алюминиевого сплава. Алюминиевые (Д16Т) тарелки дешевле, но подвержены деформациям в критических режимах работы. Более прочными являются титановые изделия, хотя некоторых автолюбителей сдерживает их цена. Хорошо себя зарекомендовали тарелки из сплава Al-Ti от производителя PRO.CAR.

Толкатели клапанов

В двигателях ВАЗ 21083 и ВАЗ 2112 кинетическая связь клапанов ГБЦ с распредвалом осуществляется при помощи толкателей. На ГБЦ 21083 они механические с регулировочными шайбами, а на ГБЦ 2112 — гидрокомпенсаторы. Штатные толкатели имеют некоторые ограничения, поэтому неприемлемы при работе со спортивными распредвалами. В этом случае применяются цельные механические толкатели, имеющие увеличенный диаметр и не требующие регулировочных шайб. Для их установки необходима расточка колодцев до нужного размера. Клапаны регулируются подбором подпятников нужного размера (или «колбасок» — нарезанные ножки клапана разной длины), что довольно трудоёмко. Работа мастера по регулировке клапанов с установленными «цельниками» обойдётся не дёшево! 

Рычаги привода клапанов На двигателях ВАЗ классического типа приводом клапанов от распредвала являются рычаги (так называемые рокеры).

Они удобны и просты в регулировке тепловых зазоров клапанов, но имеют излишнюю массивность и допускают некоторое отклонение кинематики движения клапана. Также в ГБЦ «классики» рокер может слететь с посадочного места при сверхвысоких оборотах.

В качестве борьбы с этими недостатками рычаги облегчаются, устанавливаются легкосплавные модели и используются более жёсткие пружины клапанов.

Направляющие втулки клапанов

В зависимости от типа двигателя и предполагаемых режимов работы подбирается конструкция и материал направляющих втулок клапанов. Причины, которые могут потребовать доработки или замены штатных втулок:

• — При использовании клапанов с меньшим диаметром стержня;
• — При сильно выступающей части направляющей втулки в канал ГБЦ;
• — Если форма или размер противоположной части направляющей не удовлетворяют требованиям;
• — При недостаточной теплопроводности направляющей втулки (возможна замена на бронзовые).

Бронза является хорошим теплопроводником, хорошо отводит тепло от клапана и эффективно его рассеивает в ГБЦ, поэтому на высокофорсированных двигателях применение бронзовых направляющих втулок крайне необходимо. Хорошим примером подобных изделий являются бронзовые втулки производства компании PRO.CAR. Они имеют немного меньший ресурс по сравнению с металлокерамическими изделиями, но все зависит от режимов работы двигателя и качества самих втулок.

Форма камеры сгорания

При помощи этой доработки можно значительно снизить риск возникновения детонации, улучшить наполнение цилиндра и создать условия, при которых топливная смесь будет лучше распределяться, перемешиваться и возгораться. Детонация возникает в местах, наиболее удалённых от свечи зажигания. Это объясняется тем, что при возгорании смеси давление в камере сгорания (КС) резко возрастает и приводит к чрезвычайной компрессии ещё не воспламенившейся смеси. Это провоцирует её самовоспламенение, которое носит взрывной характер и приводит к резкому повышению температуры и давления в цилиндре. Возникает детонация, характеризующаяся металлическими звуками и распространяющаяся по двигателю серией ударных волн детонационных взрывов. Частые возникновения детонации приводят к разрушительным последствиям, поэтому обязательно надо принимать меры к их устранению. Для этого максимально сглаживают острые кромки и углы камер сгорания, удаляют погрешности литья и полируют поверхность камер сгорания, что дополнительно прибавляет 5% мощности за счёт снижения тепловых потерь. Для улучшения наполнения цилиндра и создания оптимальных условий для топливной смеси необходимо, прежде всего, обратить внимание на форму КС вокруг клапанов. На ВАЗовских 8-клапанных ГБЦ камера сгорания имеет клиновидную форму и клапанная щель «экранирована» её отвесными стенками. Это приводит к тому, что поток рабочей смеси вынужден преодолевать дополнительные препятствия, что хорошо заметно при установке увеличенных клапанов. Поэтому объём КС должен быть расширен вокруг клапана. Также необходимо доработать сегмент клапанной щели возле свечи зажигания и сделать сопряжение дна и вертикальных стенок КС более плавным. Вокруг сёдел клапанов не должно быть каких-либо ступенек или колодцев, а конусное углубление седла клапана должно быть не более 30º относительно дна КС. ГБЦ ВАЗ 2112 изначально имеет полусферическую КС, что минимизирует все необходимые доработки и заключается в ликвидации огрехов серийного производства.

Степень сжатия

Степенью сжатия (СЖ) является отношение полного объёма цилиндра ко всему объёму КС. Чем больше сжата топливная смесь перед воспламенением, тем большую работу она совершит впоследствии. Повышая СЖ, мы увеличиваем мощность двигателя, но есть и ограничивающие факторы, такие как рост нагрузки на поршневую и риск возникновения детонации. Стандартные литые поршни двигателей ВАЗ допускают СЖ до значения 11:1.    Наиболее заметен положительный эффект от роста СЖ в двигателях с широкими фазами открытия клапанов. Это происходит от того, что коэффициент наполнения атмосферных двигателей ВАЗ не превышает 100%, то есть динамическая СЖ не превышает статическую СЖ. Динамическая СЖ — объём топливно-воздушной смеси, попавшей в цилиндр, относительно объёма камеры сгорания. При использовании широкофазных распредвалов на низких и средних оборотах динамическая СЖ ниже статической. Повышение СЖ приводит к пропорциональному росту динамической, что положительно влияет на мощность и экономические показатели двигателя. При этом необходимо исключить предпосылки возникновения детонации при максимальном коэффициенте наполнения цилиндра, что достигается повышением октанового числа топлива и изменением состава топливно-воздушной смеси. С ростом оборотов двигателя длительность цикла сгорания уменьшается, что может привести к неполному сгоранию топлива, а, следовательно, потере мощности. Поэтому, повышая СЖ, мы ускоряем процесс сгорания, что позволяет получить максимальную мощность от двигателя. Вследствие этого большинство высокооборотистых форсированных бензиновых двигателей требуют повышения СЖ.  После проведения доработок ГБЦ, которые мы рассмотрели в данной статье, вы сможете полностью раскрыть потенциал двигателя вашего автомобиля!

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.

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.

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.

Разновидности головок

Неисправности сцепления: признаки, причины, способы устранения

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

Закажите спецтехнику на нашем сайте: Аренда спецтехники в России

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.

 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

Поиск запроса «головка блока цилиндров» по информационным материалам и форуму

Конструкция блока и головки блока цилиндров двигателя

Блок цилиндров (БЦ) и головка блока цилиндров (ГБЦ) являются основными частями любого двигателя внутреннего сгорания. Они содержат механизмы и агрегаты, гарантирующие работу двигателя.

В процессе эксплуатации блок цилиндров и головка блока цилиндров подвергаются большим нагрузкам и перепадам температур, поэтому очень важны качество и материалы из которых они изготовлены.

Важным фактором также является точность и степень обработки.

Устройство блока цилиндров

Блок цилиндров или шорт-блок — это основная часть двигателя. Остальные элементы так или иначе связаны с ним. В верхней части БЦ расположены колодцы цилиндрической формы.

Вокруг них расположены полости для охлаждающей жидкости (рубашка охлаждения). В нижней части — картере, находится коленчатый вал, к которому прикреплены шатуны и поршни.

Таким образом блок — это место расположение всего кривошипно-шатунного механизма. В нем также есть каналы для системы смазки.

БЦ изготавливается как единое целое методом литья. В качестве основного материала изготовления используются чугун или алюминиевые сплавы. Блок цилиндров из алюминиевых сплавов намного легче, но проигрывает в прочности и цене. Чугун дешевле и прочнее.

Хонингование цилиндров

Рабочие цилиндры могут изготавливаться непосредственно как часть блока или могут использоваться гильзы. На поверхность цилиндров нанесен специальный никелькремниевый сплав — никасил. Это очень прочный материал, защищающий поршневые кольца от трения. Поверхность отполирована до зеркала, чтобы минимизировать трение при ограниченном количестве масла.

Хонингование используется для улучшения смазки внутренней поверхности цилиндров. Хон наносится специальным инструментом с головкой и абразивными камнями. В результате на поверхности образуется выгравированная сетка.

Масло лучше удерживается в ее канавках. На внутренних стенках с хоном образуется масляная пленка, в результате чего значительно снижается трение и увеличивается ресурс деталей.

Повторное хонингование обычно проводится во время расточки двигателя или замены гильз.

Виды гильз и их особенности

Гильзы используются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее устойчив к нагрузкам и суровым температурным условиям, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние осуществляются методом запрессовки в блок. Кроме того, гильзы бывают «мокрые» и «сухие».

«Мокрый» — это термин для гильз, которые непосредственно контактируют своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения блока. Таким образом достигается лучшее охлаждение. «Мокрые» гильзы легко заменить.

Их часто используют в сельскохозяйственной технике, тракторах и другой специальной технике.

«Сухие» гильзы, как правило, не снимаются и запрессовываются в корпус цилиндра, что гарантирует целостность и жесткость всего блока. Но «сухие» гильзы отводят тепло хуже, чем «мокрые».

Расточка и установка гильз в блок цилиндров

При появлении дефектов и износа стенок применяется расточка цилиндров. Металл определенной толщины удаляется со стенок, а затем устанавливаются другие ремонтные поршни и кольца под новый размер. Количество расточек ограничено, поскольку объем постепенно увеличивается, а запас прочности уменьшается.

После максимального количества расточек используют гильзовку. Это сложный процесс, который можно осуществить только на специальном оборудовании. «Мокрые» гильзы намного легче заменить даже в полевых условиях.

Если устанавливаются «сухие» гильзы или монолитный чугунный блок, то он растачивается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а гильза охлаждается.

Это обеспечивает наиболее плотную и точную посадку.

Конструкция ГБЦ

Головка блока цилиндров устанавливается сверху блока и фактически является крышкой, закрывающей его. Для изготовления головки блока цилиндров в основном используются алюминиевые сплавы. Головка крепится к блоку шпильками или болтами, которые затягиваются динамометрическим ключом в строгой последовательности, как указано в руководстве по ремонту конкретного автомобиля.

Камеры сгорания образованы плотной посадкой ГБЦ на БЦ. Чтобы выхлопные газы не попадали между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров, устанавливается прокладка. Она основана на асбестографитовой основе и способена выдерживать рабочие температуры и давление. Головка блока цилиндров состоит из следующих элементов:

• корпус с камерами сгорания, патрубками, масляными каналами и каналами системы охлаждения;
• газораспределительный механизм (впускные и выпускные клапаны, коромысла и толкатели);
• распредвалы с приводом от коленчатого вала;
• отверстий для свечей зажигания;
• впускные и выпускные коллекторы для подачи воздуха и отвода отработанных газов;
• прокладка ГБЦ.

В современных двигателях ГРМ клапаны и распределительный вал расположены в головке блока. Но раньше были двигатели с нижним распредвалом. Двигатели V-образные имеют отдельную головку блока цилиндров для каждого ряда цилиндров.

В передней части головки блока цилиндров размещается цепь или ремень привода механизма газораспределения. Впускной и выпускной коллекторы установлены с обеих сторон на фланце. Также рядом установлены патрубки для подачи теплоносителя.

Клапанная крышка

Клапанная крышка закрывает головку блока цилиндров и ГРМ. Крепится к голове болтами. Между головкой и крышкой также устанавливается прокладка для герметичного и плотного соединения. Это нужно для того, чтобы масло при эксплуатации не протекало наружу и не попадали грязь и пыль во внутрь. На крышке также есть маслозаливная горловина.

Раньше крышки делали из стали, но в современных двигателях предпочитают алюминиевые или пластиковые. Это снижает уровень шума и повышает надежность и доступность детали.

Блок цилиндров и головка цилиндров составляют основу двигателя. Многое зависит от материалов и качества производства. При правильной эксплуатации и своевременном уходе они служат долго.