Что такое ГБЦ в двигателе автомобиля?

5-GORsk › Блог › 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.

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.

ГБЦ — что это такое в машине

Уже очень давно, ещё в первой трети 20 века , некоторые двигатели самых знаменитых классических автомобилей (не путать с классической заднеприводной компоновкой) были лишены съёмной головки блока цилиндров (ГБЦ). Частично из-за требований по надёжности, но в основном по причине некоторого технического снобизма, дескать, вот мы как умеем, для нас ГБЦ, что это такое в машине вообще. Это оказалось во всех отношениях неудобным техническим решением, и с тех пор практически все поршневые ДВС обладают ГБЦ как отдельной и многофункциональной деталью, точнее конструкционным узлом.

Читайте также  В чем меряется компрессия двигателя?

Основные функции ГБЦ

Если посмотреть на примитивную схему поршневого двигателя, то покажется, что головка блока там не нужна совсем. Каждая деталь по-своему незаменима, это поршни, коленвал, шатуны, клапанный механизм. Смысловой нагрузки ГБЦ не несёт. Но без неё сейчас не существует, наверное, ни одного двигателя. Значит, определённый набор функций она всё же выполняет:

  • ремонтопригодность, без этого мотор станет одноразовым, а добираться к поршням и клапанам без снятия головки слишком сложно;
  • технологичность, при изготовлении мотор должен быть собран без применения сверхсложных операций, иначе его цена превысит все разумные пределы;
  • обеспечение теплового режима камеры сгорания и окружающих деталей;
  • смазка деталей газораспределительного механизма (ГРМ);
  • оптимальное расположение и конфигурация впуска-выпуска, свечей зажигания, а в дизелях и моторах с прямым впрыском — размещение форсунок (инжекторов);
  • установка массы дополнительных устройств, необходимость в которых возникает при повышении характеристик двигателей в ходе их технической эволюции.

От простого к сложному

Первые головки блока были больше похожи на то, что сейчас называется клапанной крышкой, только потолще и покрепче. С тех пор ситуация сильно изменилась. Что такое ГБЦ в автомобиле современной конструкции, можно узнать, обратившись немного к истории вопроса.

Нижнеклапанные и двухтактные

Эти двигатели не отличаются принципиальной сложностью, поэтому их головки представляли собой просто плиту, которой накрывался блок цилиндров. Напротив каждого поршня в плите размещались резьбовые отверстия для свечей зажигания. Все каналы впуска и выпуска, клапаны ГРМ, камера сгорания, включались в состав блока. Единственное занятие ГБЦ заключалось в отводе тепла, для чего в ней были сделаны водяные протоки или отливались рёбра воздушного охлаждения.

Двухтактным двигателям простота головок не мешала, а вот наличие клапанного механизма в четырёхтактниках при таком расположении и простоте головок резко ограничивало повышение мощностных показателей, разве что помочь могло наличие нагнетателя, поэтому клапаны просто просили конструкторов перенести их в состав ГБЦ.

Верхние клапаны со штанговым приводом

Сначала один, а потом и оба клапана были перенесены вверх, что позволило существенно улучшить способности двигателей. При этом головка уже начала походить на то, что мы имеем сейчас. В ней сформировались газовые каналы, появился распределительный механизм, хотя привод клапанов по-прежнему осуществлялся от расположенного внизу распредвала через разной длины штанги. Иногда их удавалось сделать короткими, но чаще они были такими, что на больших оборотах порождали вибрацию. Это снижало быстроходность двигателей.

OHC и DOHC

Радикально все вопросы были решены с переносом в головку ещё и распределительных валов. Иногда он был один, это работало в случаях применения двух или трёх клапанов на цилиндр, но добиться реально хорошего наполнения цилиндров позволила лишь система DOHC, что означает наличие двух распредвалов в головке блока и минимум четырёх клапанов на цилиндр. Плотная упаковка открывающихся клапанами проходных отверстий для газообмена в камере сгорания, которая теперь тоже была большей частью размещена в ГБЦ, позволяла максимально открыть отверстия большой площади для быстрого удаления отработанных газов и получения свежей порции горючей смеси.

Конструктивное исполнение

Узел полностью приобрёл тот вид, в котором он существует сегодня на большинстве автомобилей. Головка блока теперь включает в себя:

  • камеру сгорания, иногда очень причудливой формы для максимальной оптимизации процесса горения с точки зрения экономичности и мощности;
  • свечу зажигания, обычно одну на цилиндр, хотя эксперименты с парой свечей продолжаются;
  • весь набор клапанов, от двух до пяти на цилиндр;
  • механизмы регулировки клапанных зазоров, от самых простых — в виде подбираемых по толщине толкателей, до гидравлической компенсации за счёт нагнетания в толкатель масла под давлением;
  • распределительные валы, вращающиеся в отлитых в материале головки постелях, смазываемые под давлением из общей системы смазки двигателя;
  • фазорегуляторы или фазовращатели на торцах распредвалов, служащие для регулирования момента срабатывания клапанов в зависимости от оборотов;
  • иногда довольно сложные системы управления высотой подъёма клапанов, улучшающие работу при частичных нагрузках;
  • свечные колодцы, отлитые в ГБЦ между распредвалами, поскольку свечи сейчас стоят очень глубоко из-за выросших размеров узла.

Головку обычно отливают из алюминиевого сплава, поскольку он при малой плотности, а значит и массе, имеет тот же коэффициент теплового расширения, что и чугун со сталью. Хотя встречаются и чугунные головки, массивно, но очень надёжно.

В алюминий обработанной отливки запрессовываются направляющие клапанов, сделанные из стали или латуни, а также чугунные гнёзда под клапанные тарелки. Эти детали можно заменять по мере износа.

Весь узел снабжён фланцами, на которые через шпилечное крепление устанавливаются впускные и выпускные коллекторы. В последнее время наметилась тенденция и эти детали также интегрировать в тело ГБЦ, что делает её ещё более сложной и дорогой, хотя незначительно улучшает экологические характеристики двигателя.

Конструктив ГБЦ очень сильно влияет на мощностные характеристики двигателя. Этому способствуют размеры и плавность аэродинамических линий впускных и выпускных каналов, а также общее сечение тарелок клапанов и форма камеры сгорания. Поэтому доработка головки, если это не было сделано при конструировании, является одним из самых главных направлений при тюнинге двигателей.

О прокладке

Прокладка головки блока расположена на самом главном стыке двух массивных деталей двигателя, и с точки зрения техники её герметичность обеспечить достаточно сложно. Детали могут неравномерно нагреваться, стык при этом подвержен короблению, края прокладки расположены в огневой зоне надпоршневого пространства, через тот же стык проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.

Поэтому прокладку изготавливают или из специального термостойкого материала с металлической окантовкой отверстий, или в последнее время просто из тонкого листового металла в несколько слоёв. Особо снобистские конструкции вообще лишены прокладки, настолько точно там подгоняются поверхности.

Прокладка обладает строго регламентированной толщиной в сжатом состоянии, поскольку от этого зависит степень сжатия двигателя. Иногда предусматриваются ремонтные размеры, необходимые если головка или блок подвергались выравнивающей шлифовке при ремонте двигателя.

Возможные проблемы и ремонт

Чаще всего головку приходится снимать из-за повреждений прокладки. По разным причинам:

  • ошибки при монтаже, затяжка болтов не по установленной процедуре;
  • брак материала крепёжных болтов;
  • перегрев двигателя и деформация деталей;
  • детонация в цилиндрах, повлекшая пробой головки в зоне камеры сгорания;
  • утечки масла и охлаждающей жидкости из-за чрезмерной усадки прокладки;
  • установка ГБЦ без проверки заданной плоскостности привалочных поверхностей.

В сложных двигателях причин для демонтажа гораздо больше. Все детали, установленные в головках, имеют свой ресурс, он и так невелик в современных моторах, да ещё и проблема усугубляется применением некачественных рабочих жидкостей и их несвоевременной заменой:

  • от масляного голодания страдают шейки распредвалов и их постели;
  • из-за некачественного горючего или установки газового оборудования ускоряется износ тарелок клапанов и их сёдел;
  • детонация ведёт к появлению микротрещин в камерах сгорания, через которые в цилиндры проникают масло и антифриз;
  • при замене свечей разрушаются резьбовые отверстия;
  • происходит загиб стеблей клапанов из-за несвоевременного обслуживания привода ГРМ.

Снимать ГБЦ нужно не только при её неисправностях, но и при любом значительном ремонте двигателя. При этом обязательно производится и ремонт головки, хотя бы в профилактических целях. Обычно заменяются или притираются клапаны, меняются уплотнения их стеблей, регулируются тепловые зазоры. Перед установкой надо проверить сохранность нижней плоскости ГБЦ и при необходимости прошлифовать. То же касается и ответной части разъёма — привалочной плоскости блока цилиндров. Если всё выполнять правильно, то надёжность работы узла позволит владельцу не задумываться над вопросом: ГБЦ, что это такое в машине, по крайней мере, до капитального ремонта двигателя в целом.

Что такое ГБЦ в автомобиле

С некоторых пор в технической литературе стала употребляться аббревиатура ГБЦ. Что это такое в машине, знают далеко не все водители, особенно начинающие. И лишь при расшифровке становится понятна суть данного сокращения.

Что такое ГБЦ, где она находится и зачем нужна в машине

ГБЦ — это Головка Блока Цилиндров (или в обиходе просто «головка») в ДВС (двигателях внутреннего сгорания). Она находится на поверхности двигателя и запирает камеры сгорания цилиндров, которые являются главной конструктивной частью любого силового агрегата. Другими словами, головка фактически является крышкой, покрывающей блок.

Без наличия плотно прикреплённой к его корпусу верхушки не будет обеспечиваться необходимая компрессия, а, следовательно, двигатель не сможет нормально функционировать. Таким образом, движение автомобиля станет невозможным.

Устройство головки блока цилиднров и её особенности

В зависимости от тактности, принципа воспламенения, схем газораспределения и охлаждения головка может иметь разнообразные типы конструкций. Однако основной набор деталей головки — клапаны, снабжённые пружинами, форсунки, а также свечи зажигания — практически неизменен.

Читайте также  Куда продать двигатель от автомобиля?

Объёмистые дизеля традиционно оборудуют литыми чугунными головками, которые долгое время исправно и незаменимо служат в этом качестве. Они эксплуатируются в тяжёлых условиях, и с целью придания надёжности клапанные сёдла запрессовывают с предварительным охлаждением в парах жидкого азота. Втулки клапанов и вихрекамеры вставляют с натягом.

Для маломощных бензиновых «движков» выпускают алюминиевые головки, изготавливаемые путём литья под давлением или в кокиль с дальнейшей доводкой пустот (в головке предусмотрены водяные, газовые ходы, каналы для смазки, а также сквозные отверстия под крепёж).

Крепится головка стальными шпильками с гайками либо болтами с затяжкой по предписываемой производителем технологии. В инструкции подробно указываются последовательность, усилие затяжки, угловые довороты и пр. Это требуется для сохранности соединения в случае просадки стыкового уплотнения.

Видео: устройство головки блока цилидров

Для того, чтобы внутренняя полость разъёмного цилиндра ДВС представляла собой герметично изолированное пространство, стык головки и блока уплотняется специальной прокладкой. Только в этом случае возможен запуск мотора и его надлежащая работа.

Несоблюдение толщины паронитовой или металлоасбестовой прокладки, или её просадка вследствие брака чреваты разгерметизацией камер сгорания и выходом двигателя из строя. Для придания уплотнению должной жёсткости и для обеспечения безопасного прижима чугунные головки дизельных моторов монтируют на мягких стальных прокладках.

Стоит обратить внимание, что толщина прокладки определяется согласно величине вылета поршней. В случае, когда расчётные показатели окажутся меньше номинальных значений, двигатель «застучит», когда больше — произойдёт потеря мощности и интенсивное образование копоти вследствие неполного сгорания топлива. Пары выпускных и впускных каналов ведут в обособленную камеру сгорания. Каждый из каналов упирается в седло, запрессованное в головку блока цилиндров, которая является местом:

  • размещения натяжителя цепи и привода распределительного вала в отдельной полости спереди ГБЦ;
  • установки газораспределительного механизма (ГРМ);
  • расположения маслозаливной горловины.

Правила эксплуатации, возможные неисправности и проблемы

ГБЦ — достаточно уязвимый функциональный узел, подверженный воздействию комплекса негативных факторов. Поэтому не исключены и вполне вероятны:

  1. Срыв резьбовых соединений (под свечи или шпильки), трещины с внешней стороны корпуса. Трещины образуются вследствие неграмотной затяжки креплений, а дефекты резьбы чаще всего оказываются скрытым заводским браком.
  2. Искривления плоскости стыка, коррозия поверхности и ослабление креплений. Возникают из-за длительной работы, перегрева двигателя, некачественной охлаждающей жидкости.
  3. Образование межседельных трещин и выпадение клапанных сёдел. Причины — низкокачественное горючее, истекающий ресурс оборудования, плохо отрегулированное зажигание.
  4. Износ группы толкателей и распределительного вала.
  5. Отказ клапанных направляющих втулок. Причина — значительный пробег, некондиционная смазка.

В случае прорыва газов головку чаще всего фрезеруют. При срыве свечной резьбы устанавливают «ввёртыш», система креплений подлежит замене.

Распространение межседельных трещин способствует утечке отработанных газов в охлаждающую рубашку и заклиниванию поршней. В этом случае головку можно заменить; по крайней мере, трещины допускается заварить с соблюдением технологии.

Падение масляного давления свидетельствует о проблемах с распределительным валом. Диаметр постелей распредвала восстанавливают посредством вставки дюралюминиевых либо латунных втулок (как правило, в качестве развёртки применяется прежний распредвал с фрезерными зубцами).

Кроме того, делают ремонт невозможным значительная коррозия, а также повреждения от детонации. Выпавшее седло путём охлаждения в парах жидкого азота меняют на новое, либо на аналогичное, высверленное с другой головки.

Техническое обслуживание и диагностика ГБЦ

Даже тем автовладельцам, кто ездит на небольшие расстояния, необходима периодическая профилактика клапанов и их сальников, а также уплотнительных прокладок. Что уж говорить о любителях агрессивной манеры езды!

Особенно проблемной считается прокладка головки блока цилиндров. При её износе происходит утечка рабочих жидкостей и их смешивание. Попадание антифриза в смазку вызывает нежелательную химическую реакцию. Со временем это ведёт к постепенному, но тотальному разрушению силовой установки. Основной тревожный сигнал подаёт датчик температуры, сигнализирующий о парообразовании в системе охлаждения мотора.

Видео: признаки и последствия пробития прокладки гбц

Приблизительная оценка ситуации возможна после снятия свечей зажигания, но так или иначе, визит по данному поводу в специализированную мастерскую не помешает. И не столько из-за того, что там работает подготовленный персонал, сколько потому, что на СТО имеется современная диагностическая аппаратура, без которой сегодня при ремонте автомобиля невозможно обойтись.

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров является одной из самой важной деталью двигателей внутреннего сгорания. Обычно это монолитная деталь (также может быть в разделенном виде) из сплавов алюминия (или чугуна), которая является корпусной деталью для газораспределительных механизмов и формирует верхнюю часть камеры сгорания. Как правило устанавливается на блок цилиндров через прокладку и крепится при помощи болтов.

Головка блока цилиндров. Общий вид, 3D модель

Назначение головки блока цилиндров

Головка блока берет на себя обязанности по выполнению таких важных функций, как обеспечение базировки и размещения компонентов газораспределительного механизма, элементов подвода и отвода топлива, обеспечение газодинамических характеристик воздушного заряда, отвод из камеры сгорания продуктов горения, формирование камеры сгорания и обеспечение ее герметичности, отвод и подвод масла для компонентов газораспределительного механизма (ГРМ). Также головка блока цилиндров (ГБЦ) является важным элементом, благодаря, которому обеспечивается соответствие автомобиля экологическим стандартам по уровню выброса вредных веществ.

Устройство головки блока цилиндров. Конструкция.

Головка блока цилиндров в разрезе. Установка форсунки Чтобы понять принцип работы головки блок цилиндров необходимо знать её составляющие. Итак, в состав ГБЦ входят: седла клапанов, направляющие втулки, коромысло клапана, гидрокомпенсатор (иногда идет в составе с коромыслом), траверса (если есть необходимость открытия двух клапанов одновременно при наличие одной штанги на два клапана на шестнадцати клапанной головке блока), пружины для возврата клапанов в исходное положение, свечи зажигания (для бензиновых и газовых двигателей), топливные форсунки (преимущественно используются в дизельных двигателях), впускные клапана и выпускные клапана (обычно диаметр впускных клапанов больше, чем у выпускных, так как отверстие на головке блока должно иметь определенный диаметр, с целью обеспечения необходимых газодинамических характеристик воздушного заряда, для более полного сгорания воздушно-топливной смеси).

Схема ГБЦ

Схема головки блока цилиндров в разарезе. Схема, состав компонентов: 1-распределительный вал, 2-нижний наконечник штанги толкателя, 3- штанга толкателя, 4- верхний наконечник штанги толкателя, 5- винт регулировочный, 6- коромысло клапана, 7- стойка коромысла, 8- прокладка крышки, 9- крышка ГБЦ, 10- болты крепления крышки, 11- траверса, 12- пружина клапана, 13- сухарь клапана, 14- болт крепления ГБЦ к блоку, 15- направляющая клапана с маслоотражающим колпачком, 16- клапан головки блока цилиндров, 17- седло клапана,18- головка блока в разрезе, 19- прокладка головки блока цилиндров, 20- гильза. Прокладка головки блока цилиндров Материал изготовления ГБЦ может быть как алюминиевым, (например, головка блока цилиндров ВАЗ 2109) так и чугунным (дизеля).

Обычно для производителей алюминиевые головки блока цилиндров приоритетнее, потому как они более удобные в производстве, обработке и ремонте. Но на некоторых дизельных двигателях используются чугунные головки, так как детонационные свойства дизельного топлива превышают прочностные характеристики алюминиевых головок, что приводит к сокращению срока службы или разрушению последних.

Также ГБЦ можно разделить на два вида это — индивидуальные головки и моноголовки. У первого вида есть ряд преимуществ, в первую очередь связанные с ремонтопригодностью, простотой и низкими затратами при обслуживании. Но большинство мировых производителей автомобилей и автокомпонентов отдают предпочтение моноголовкам, которые также имеют свои преимущества. Сложность конструкции этого вида обусловлена базировкой распределительного вала (или двух распределительных валов, что дает возможность использовать насос-форсунку (при использовании топливной системы Common Rail) и сэкономить место в блоке) в самой ГБЦ. Ниже вы найдете видео работы головки блока цилиндров.

Принцип работы головки блока цилиндров.

Головка блока цилиндров. Вид снизу. Если кратко описать как работает головка блока цилиндров то получится, что она формирует камеру сгорания, подает камеру сгорания двигателя топливно-воздушную смесь и обеспечивает отвод отработавших газов. После запуска автомобиля для ГБЦ основными задачами является газораспределение и обеспечение герметичности газового стыка.

Принцип работы головки цилиндров заключается в следующем: распределительный вал толкает штангу, которая в свою очередь давит на гидрокомпенсатор и, соответственно, на коромысло. Коромысло давит на клапан, который открывается и в зависимости от назначения клапана либо топливно-воздушный заряд (или просто воздушный в дизельных двигателях) попадает в камеру сгорания, где происходит воспламенение от искры свечи зажигания, либо происходит выпуск отработавших газов в выпускной коллектор, после чего пружина клапана возвращает клапан на место и цикл повторяется снова. В дизельном двигателе, где происходит воспламенение от сжатия, важными параметрами здесь является синхронизация открытия впускного клапана и впрыска топлива форсункой.

Также, безусловно, важным параметром может стать герметичность газового стыка в соединении головки блока цилиндров с блоком цилиндров, так как при нарушение герметичности может привести к ряду проблем, таких как неполное сгорание топлива, повышенный шум, затрудненный запуск двигателя. В таких случаях необходима замена прокладки головки блока цилиндров. Прокладку нельзя использовать несколько раз, так как при повторной затяжке головки блока, установленный момент затяжки не обеспечивает стопроцентную герметичность. Затяжку следует производить от центральных болтов к крайним.

Читайте также  Как полностью слить масло из двигателя?

Также замена прокладки ГБЦ должна производится в стерильных условиях, дабы исключить попадания пыли, стружки и т.п. в камеру сгорания. Если при ремонте вы задумались о замене ГБЦ, то многие эксперты рекомендуют купить головку блока цилиндров в сборе, так как сборка компонентов разных производителей не гарантирует безпроблемную работу. Так вкратце описан принцип работы одной из основных деталей двигателя, также предлагаем узнать как работает ретардер и раздатка.

Основные проблемы головки блока цилиндров. Последствия и причины нарушения работоспособности.

Выпадение седла впускного клапана в процессе эксплуатации.

Последствия — Разрушение головки блока цилиндров, элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие — отказ двигателя.

Причины — Нарушение позиционирования седел в головке блока цилиндров, так как не выдержан диаметр посадочного места.

Нарушение герметичности посадки впускных и выпускных клапанов на фаску седел

Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, потеря мощности

Нарушение формирования герметичности направляющих поверхностей седла клапана, так как не выдержаны геометрические параметры стенки посадочного места под седло относительно оси отверстий под клапаны

Нарушение герметичности в соединении седел с головкой блока цилиндров

Нарушение теплоотвода, разрушение элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие отказ двигателя

Неплотная посадка седел в головке блока цилиндров, не выдержаны шероховатость стенок и торца отверстия под седло клапана, параметры перпендикулярности и биения относительно торца отверстия под седло клапана

Нарушение герметичности по прессовой посадке (в соединении с головкой блока цилиндров) направляющих втулок впускных и выпускных клапанов

Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, повышенный расход масла

Позиционирование отверстий под направляющие втулки клапанов не обеспечивает герметичности в соединение направляющих втулок с головкой блока цилиндров

Прорыв газов через уплотнение газового стыка (в соединении головка блока цилиндров — уплотнительная прокладка — блок цилиндров)

Нарушение рабочего процесса в цилиндре, как следствие нестабильная работа двигателя, потеря мощности, повышенный шум, нарушение требований правил ЕЭК ООН №51 и №49

Геометрия поверхности огневого днища головки блока цилиндров не обеспечивает герметичность по газовому стыку

Развитие неплоскостности днища ГБЦ под воздействием газовых сил при эксплуатации — минимальный коэффициент запаса прочности головки блока цилиндров не обеспечивает достаточной жесткости при удельной нагрузке от газовых сил

Недостаточная жесткость зон сопряжения с опорным буртом гильз блока цилиндров

Нарушение герметичности в соединении головка блока — уплотнительная прокладка — блок (по штанговым полостям и отверстиям слива масла)

Подтекание масла, нарушение требований правил ЕЭК ООН №49

Негерметичность уплотнения вследствие недостаточной жесткости (как следствие — деформации) головки цилиндров.

Нарушение герметичности в соединении головка — уплотнительная прокладка — выпускной коллектор

Не выдержан допуск плоскостности привалочной поверхности ГБЦ под уплотнительную прокладку выпускного коллектора

Чистота обработки поверхности под уплотнительную прокладку выпускного коллектора не обеспечивает герметичность стыка

Нарушение герметичности уплотнения в соединении клапанной крышки с головкой блока цилиндров

Повышенный расход моторного масла

Чистота обработки привалочной поверхности головки блока цилиндров под уплотнительную прокладку не обеспечивает герметичность в соединении

Недостаточное количество зон крепления клапанной крышки к головке блока цилиндров

Проблема — Неполное сгорание подаваемого форсункой топлива

Потеря мощности двигателя

Энергетические параметры впускного канала (момент вихря) не обеспечивают максимальное сгорание топлива.

Нарушение герметичности в соединении головки — уплотнительная прокладка — воздушный коллектор

Нарушение газодинамических характеристик — неполное сгорание топлива

Геометрические параметры привалочной поверхности головки блока под воздушный коллектор не обеспечивают герметичности в соединении с воздушным коллектором

Видео работы головки блока цилиндров

ГБЦ, что это такое в машине и для чего предназначено?

Двигатель в своем технологическом понимании достаточно сложная установка, агрегат, который состоит из множества отдельных деталей, предназначенных для выполнения определенных целей. Полноценное функционирование каждой детали, позволяет обеспечивать слаженную работу всего механизма. Для некоторых элементов характерно выполнение каких-то узконаправленных функций, другие получают более высокую «честь» и работают над преобразованием одного типа энергии в другой. То, есть, к примеру, превращать топливо в баке, в силу движения.

Так что же такой ГБЦ? Расшифровка достаточно простая, это головка блока цилиндров. Данная деталь относится к самым важным и основным в слаженной работе всего механизма под названием двигатель. Именно к данному узлу относится процесс сгорания топлива, здесь происходит выход отработанных элементов, в нашем понимании это газы. Чтобы разобраться, каким образом устроено здесь все, необходимо изучить и рассмотреть всю конструктивную сердцевину устройства и понять основные функции.

Конструктивные особенности

Ранее ГБЦ изготавливались из чугунного металла, сейчас же от него потихоньку стали отказываться, в пользу более легких и простых сплавов, на алюминиевой основе. Но, все равно полностью вычеркнуть из автостроения чугунные ГБЦ не возможно, ведь существуют такие типы моторов, где сам температурный режим не позволяет применять легкий сплав. Ведь появляется высокая вероятность того, что произойдет термическая усадка и соответственно деформация. А с такими процессами наиболее эффективно справляются головки из чугуна.

Головки накладываются поверх цилиндров, и крепятся к его основанию через обыкновенные болты, либо шпильки. Тип крепления может отличаться даже у одной спецификации двигателя, все зависит от модификации и типов устройства. Учитывая, что сама посадочная плоскость имеет большую площадь, по установке имеется несколько основных правил, как правильно завинчивать и устанавливать головку, чтобы получилось равномерное распределение и соединение. Ввиду того, что существует разница конструктивных решений, для крепления разных моторов разрабатывают индивидуальные правила и схемы крепления.

В моторах располагающихся рядно, одна головка способна покрыть весь корпус цилиндра. А вот более производительные моторы, так называемые V-образные, требуют для каждого ряда свою ГБЦ. За обеспечение максимальной герметизации между головкой и блоком, выступает прокладка, изготавливающаяся в точной копии с головкой. Как правило, прокладки производят из специального асбестового листа, который является огнеупорным, не зависимо от того, какой уровень нагревания, тем самым сохраняет герметичность камеры.

Главные механизмы ГБЦ

Среди основных механизмов и элементов ГБЦ разделяют:

  • 1. Главный корпус головки, так называемый картер, где и помещаются основные механизмы системы.
  • 2. Нужное количество отверстий с резьбой, в которые по задумке устанавливаются свечи либо форсунки.
  • 3. Асбестовая прокладка.
  • 4. Камера сгорания, где происходит сгорание топлива и превращение его в рабочую смесь.
  • 5. Устройство отвода и газораспределения.
  • 6. Места крепления впускного и выпускного коллектора.

Кроме съемных элементов головки, имеются еще и несъемные, которые требуются для сохранения герметичности самого газораспределительного механизма. К таким устройствам можно отнести «седла» клапанов. Они при помощи горячей спресовки монтируются в картер головки. А вот, чтобы их поменять потребуется уже специализированный инструмент.

Хотелось бы уточнить, что самостоятельно в гаражных условиях вынимать и заменять седла клапанов не рекомендуется. Ведь при неравномерном нагреве головки, она может просто напросто изменить свою геометрию. То есть, нарушиться главная плоскость прилегания к блоку цилиндров, и пропадет герметичность. В таком случае ГБЦ не подлежит ремонту, и придется приобретать новую ГБЦ.

Все узлы и элементы в конструкции автомобиля нуждаются в обслуживании, а нередко и в ремонте. Головка в данном случае не исключение. Первостепенно внимания требуют те детали, которые получают большую нагрузку. А именно это механизм газораспределения, в него входят клапана, сальники, как клапанов, так и распредвала, прокладки головки. На износ и функционирование влияет множество факторов, но главные среди них касаются именно обслуживания, диагностики. Перед владельцем стоит важная задача постоянно следить за мотором, не давать ему перегреваться, контролировать пробивающиеся потоки масла или охлаждающей жидкости. Когда появляются потеки масла, следует обязательно обратиться в сервис.

К повреждению головки помимо указанного перегрева, может повлиять использования инструмента при закручивании и установке, без специального измерительного элемента, такого как динамометр. Затяжка болтов и гаек без контроля приведет к короблению корпуса, что само собой ведет к невозможности использования. Существует целый комплекс мероприятий и операций по ремонту, где требуется учитывать все нюансы.

Зачастую авто владелец сталкивается с проблемой замены, снятия головки в таких случаях: расточка цилиндров, новая опресовка втулок и седел, замена клапанов, доработка, шлифовка седел, шлифовка плоскости.

Надеюсь, представленная статья дала понимание того, что же собой представляет головка. Какие главные детали, части, её составляющие.