В этот раз мы разберем двигатель автомобиля. Он включает в себя несколько основных составляющих узлов. Они важны все, каждый по-своему. Давайте рассмотрим более подробно один из основных составляющих узлов двигателя – головка блока цилиндров двигателя.
ГБЦ (головка блока цилиндров) , по сути, является крышкой, которая закрывает блок цилиндров. А внутреннее устройство, которое имеет головка двигателя, говорит о важности этого элемента в работе двигателя. Поэтому давайте поподробнее разберем, что она из себя представляет.
Что собой представляет головка блока цилиндров?
Головка блока отливается либо из легированного чугуна, либо из алюминиевого сплава. После процесса литья, головка блока цилиндров подвергается искусственному старению по определенной технологии, для снятия остаточного напряжения. Для однорядного двигателя предусмотрена общая ГБЦ. Для V-образных двигателей ГБЦ отдельная для каждого ряда цилиндров. Конструктивно нижняя плоскость ГБЦ выполняется чуть шире, для более надежного уплотнения с блоком цилиндров. Помимо этого, для уплотнения места соединения ГБЦ и блока применяются прокладки головки блока цилиндров.
Монтаж и крепление ГБЦ с блоком происходит посредством направляющих шпилек и болтов крепления головки. Крепление ГБЦ – процедура ответственная и выполняется, применительно к каждой модели двигателей в соответствии с мануалом от производителя. Болты крепления головки блока цилиндров имеют свою последовательность затяжки и прилагаемую силу затяжки. Затяжка болтов ГБЦ производится только при помощи динамометрического ключа. Здесь не нужна сила, здесь нужна технология.
ГБЦ с нижним расположением клапанов имеет более простую конструкцию, в сравнении с ГБЦ двигателя с верхним расположением клапанов.
Задачи и устройство головки блока цилиндров
Перечисление основных узлов и систем ГБЦ, сразу же помогает понять, какие основные задачи возлагаются на головку блока в процессе эксплуатации.
- Крышка головки блока цилиндров выполняет защитную функцию. Кроме того, в ней размещена маслозаливная горловина для моторного масла. Уплотнение при креплении крышки к ГБЦ осуществляется при помощи резиновой прокладки многоразового использования.
- Прокладка головки блока цилиндров обеспечивает уплотнение в месте прилегания ГБЦ к блоку цилиндров. Эта прокладка одноразового использования. Поэтому замена прокладки ГБЦ осуществляется всегда, при ремонте или обслуживании. На прокладке экономить не стоит. Дороже обойдётся.
- Полость для размещения натяжителя цепи и привода распредвала находится в передней части ГБЦ.
- Резьбовые отверстия для свечей зажигания или форсунок предусмотрены в корпусе головки.
- Камеры сгорания
- Место для газораспределительного механизма (ГРМ).
- В верхней части ГБЦ предусмотрены места для: втулок клапанов, опорных шайб клапанных пружин и корпусов подшипников распредвала.
- Кроме того, в корпусе предусмотрены отверстия для крепления впускного и выпускного коллекторов.
При изготовлении ГБЦ в нее монтируются направляющие втулки клапанов и сёдла. Технология их монтажа заключается в том, что холодные детали вставляют в нагретый корпус головки. Таким образом, после уравнивания температур, достигается большее натяжение в соединении деталей.
Обслуживание и ремонт головки блока цилиндров
Во время эксплуатации двигателя основная задача водителя – систематически следить за тем, чтобы в месте соединения ГБЦ и блока не образовывались подтёки масла или охлаждающей жидкости. Второе важное условие нормальной эксплуатации – не допускать перегревов двигателя, иначе головку блока может повести. Ремонт ГБЦ может проводиться как без ее снятия, например, для замены маслосъёмных колпачков или регулировки клапанов. Так и со снятием головки блока для более масштабных ремонтных работ: притирка клапанов, замена направляющих втулок, удаление нагара и т.д.
Все ремонтные работы, снятие и установка головки блока цилиндров должны выполняться не по аналогии или памяти, а в строгом соответствии с требованиями производителя относительно данного типа двигателя. Успехов вам в изучении устройства головки блока цилиндров.
Головка цилиндров большинства бензиновых двигателей изготавливается из алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав имеет преимущества в том, что он легче, чем чугун и обладает лучшими характеристиками теплопроводности, благодаря чему его легче охлаждать. Однако, он имеет некоторые недостатки, такие как легкая повреждаемость и более высокое тепловое расширение.
ВНИМАНИЕ!
При ремонте головки цилиндров следует обращать внимание на следующее.
Будьте осторожны, чтобы не поцарапать или иначе не повредить поверхности головки цилиндров, к которым прилегают прокладка головки блока и прокладка коллектора,
Болты головки цилиндров должны затягиваться на холодном двигателе, заранее определенным методом, в надлежащей последовательности с приложением указанного момента затяжки. Есть два метода затяжки - обычный метод и метод затяжки в области пластической деформации.
Рис. 1 - Устройство головки блока цилиндров.
Клапаны и сопряженные с ними детали
1. Клапан
Клапаны изготавливаются из специальной стали, потому что они подвергаются воздействию высоких давлений и температур. Клапан всегда поджимается в направлении закрытия усилием пружины, а когда на него действует усилие от распределительного вала, клапан движется вниз внутри направляющей втулки клапана в головке цилиндров, чтобы открыть впускной или выпускной канал. Обычно диаметр тарелки впускного клапана немного больше, чем выпускного клапана.
Для того, чтобы обеспечить хорошее уплотнение между клапаном и седлом клапана, угол конуса клапана составляет обычно 44,5° или 45,5°.
Рис. 2 - Клапан.
2. Пружина клапана
Пружина клапана применяется для закрытия клапана. У большинства двигателей устанавливается одна пружина на клапан, но на некоторых двигателях применяются две пружины на клапан.
Чтобы предотвратить отрыв клапана от толкателя, когда двигатель работает на высоких оборотах, используются пружины с неодинаковым шагом или двойные пружины.
Рис. 3 - Виды пружин клапанов.
ВНИМАНИЕ!
Отрыв клапана от толкателя вызывается работой пружины клапана, не связанной с работой кулачка. Отрыв клапана появляется, когда двигатель работает при частоте вращения выше максимально допустимой. Он не только вызывает ненормальный шум двигателя, но и является причиной удара поршня по клапану, что может привести к повреждению этих деталей. Пружины с неодинаковым шагом асимметричного типа устанавливаются витками с более широким шагом вверх.
Седло клапана запрессовывается в головку цилиндров. Когда клапан закрывается, тарелка клапана плотно прилегает к седлу клапана, чтобы поддерживать герметичность камеры сгорания. Седло клапана также отводит тепло от клапана к головке цилиндров для охлаждения клапана. Так как седло клапана подвергается воздействию горячих отработавших газов и повторяющимся контактам с клапаном, оно изготавливается из специальной стали, имеющей высокие тепло- и износостойкость.
Рис. 4 - Седло клапана.
ДЛЯ СПРАВОК Седло клапана обычно имеет форму конуса 45°, чтобы соответствовать форме конуса клапана. Ширина рабочей фаски седла клапана обычно составляет от 1,2 до 1,8 мм. Чрезмерная ширина рабочей фаски седла клапана вероятно будет вызывать проникновение углерода между клапаном и седлом, хотя эффект охлаждения будет высоким. Если она слишком узкая, будет улучшаться герметичность, но эффект охлаждения будет снижаться.
Направляющая втулка клапана обычно изготавливается из чугуна и запрессовывается в головку цилиндров. Направляющая втулка клапана направляет клапан так, что его рабочая поверхность правильно прилегает к седлу клапана. Сопряженные поверхности стержня клапана и направляющей втулки клапана смазываются моторным маслом. Чтобы предотвратить попадание большого количества моторного масла в камеру сгорания через зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой, в верхней части направляющей втулки клапана предусматривается масляное уплотнение.
Неплавное движение или заедание стержня клапана в направляющей втулке клапана называется "заеданием клапана". Оно появляется, когда зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой клапана слишком мал или когда они недостаточно смазываются.
Если масляное уплотнение стержня клапана разрушается или затвердевает, или если зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой клапана чрезмерный, моторное масло будет попадать в камеру сгорания. Это масло будет сгорать в камере сгорания и выбрасываться через выхлопную трубу. Как результат, будет увеличиваться расход моторного масла.
Обычно масло легче попадает в камеру сгорания через впускной клапан.
5. Механизмы поворота клапана.
На некоторых двигателях вместо тарелок пружин клапанов применяются механизмы поворота клапана.
Механизм поворота клапана поворачивает клапан, тем самым предотвращая неплотное прилегание к седлу клапана, вызываемое соединениями свинца или нагаром, отлагающимися на рабочей поверхности клапана при сгорании этилированного бензина.
Обычно механизмы поворота клапана устанавливаются на выпускных клапанах.
Механизм поворота клапана состоит из корпуса механизма, спиральной пружины, плоской пружины и замка.
Кольцеобразная спиральная пружина устанавливается в канавку в корпусе механизма и слегка сплющивается плоской пружиной при установке пружины клапана.
Рис.5 - Механизм поворота клапана
Рис. 6 - Работа механизма
Когда клапан открывается, пружина клапана сжимается и ее усилие становится большим. Это заставляет наружную часть плоской пружины слегка изгибаться вверх, при этом спиральная пружина сплющивается еще больше. Это, в свою очередь, заставляет поворачиваться корпус механизма.
В это время точка А скользит, но точки В и С не скользят.
Когда клапан закрывается, то есть, когда пружина клапана расширяется, усилие пружины клапана ослабевает.
Изгиб плоской пружины поэтому становится меньшим и спиральная пружина возвращается в свое первоначальное состояние. Это вызывает скольжение в точках В и С, тогда как в точке А скольжение не происходит. Поэтому корпус механизма поворота остается в том же положении, как и при открытом клапане.
Тойота Мотор Корпорэйшн
Расшифровка ГБЦ – это головка блока цилиндров. Так называется часть двигателя, которая закрывает цилиндровый блок. В зависимости от сложности мотора она может быть как простой литой крышкой, так и сложной конструкцией, в которую будет включено множество механизмов. Попробуем разобраться с тем, что это за деталь в автомобиле.
Что собой представляет головка блока цилиндров?
Для начала определим, что такое ГБЦ. Каждый двигатель включает в себя следующие элементы:
- цилиндры, где взрывается смесь паров топлива с воздухом;
- поршни, которые передают энергию взрыва дальше, а заодно и сжимают её перед воспламенением;
- коленвал – деталь особой формы, превращающая движение поршней во вращение.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Для простоты обслуживания во всех двигателях цилиндры с находящимися внутри поршнями объединяются в блоки. Такое объединение используется во всех моторах, где число цилиндров больше одного. В основном сейчас в автомобилях используются блоки на 4 цилиндра, поэтому далее мы будем рассматривать именно их. Кроме того, для простоты мы будем описывать ГБЦ рядного двигателя: в нём только одна головка. У V-образных моторов их две, но в целом конструкция каждой из них такая же, как в рядном.
Блок цилиндров – это основная часть двигателя. Обычно он делается единой литой деталью из чугуна или алюминиевого сплава. Снизу он закрывается картером – а вот сверху его как раз и закрывает головка блока. Она крепится к блоку и подобно крышке накрывает его сверху.
Не просто крышка: зачем нужна ГБЦ?
Ненужных деталей в моторе не бывает, но ГБЦ в двигателе играет особую роль. Назначение головки блока цилиндров состоит в следующем:
- Она, с одной стороны, герметизирует рабочий объём цилиндров – но, с другой, обеспечивает при необходимости доступ внутрь блока. Именно поэтому головка двигателя всегда делается съёмной, а к самому блоку она крепится через особую прокладку.
- Головка блока цилиндров двигателя служит для крепления деталей зажигания – свечей. Без ГБС пришлось бы делать отверстия прямо в стенках цилиндра.
- Часто головка блока двигателя является частью камеры сгорания, увеличивая объём цилиндра и ход поршня.
- Кроме того, в ГБЦ обычно размещаются элементы ГРМ (газораспределительного механизма), коллекторы и другие элементы, необходимые для работы мотора.
Прокладка, клапан и другие детали ГБЦ
А теперь разберём устройство головки блока цилиндров. Несмотря на то, что её конструкция значительно различается в различных моделях двигателей, есть общие черты, присущие большинству современных ГБЦ в автомобиле. Поэтому, говоря о конструкции, можно выделить общие узлы, которые можно найти почти всегда.
Корпус крышки блока цилиндров
Главная часть ГБЦ – это её корпус. Как правило, он цельнолитой и изготавливается:
- из чугуна – в основном на старых моделях двигателей;
- сплава на основе алюминия.
Опыт показывает, что чугунная крышка головки блока цилиндров надёжнее в экстремальных условиях эксплуатации (жара, либо, напротив, чрезмерный холод, работа на повышенных оборотах и т. д.), но сплавная легче и обладает большей теплопроводностью – и, значит, двигатель медленнее перегревается. Из-за этого сейчас чугунные ГБЦ в основном применяют на дизелях для мощной спецтехники, а на карбюраторных моторах применяются в основном сплавные.
Именно на корпусе крепятся все остальные узлы, которые содержит голова двигателя.
Крышка
Крышка ГБЦ, по большому счёту, является декоративной деталью, однако и у неё есть свои полезные функции:
- Она защищает ГБЦ от загрязнений, которые могли бы помешать работе механизмов во время езды.
- Она препятствует разбрызгиванию масла на другие узлы моторного отсека в автомобиле.
Клапаны и связанные с ними детали
Клапана головки блока цилиндров предназначены для того, чтобы управлять газовыми потоками, возникающими при работе двигателя. Они подают топливную смесь в камеры, где происходит сгорание, а затем выпускают отработанные газы на удаление из двигателя. Каждый клапан состоит из следующих деталей:
- Седло – непосредственно место, где клапан крепится к узлу двигателя.
- Игла – непосредственно узел, открывающий и закрывающий отверстие для потока газов.
- Пружина – возвращает иглу клапана на место по завершении цикла.
Работой клапанов управляет расположенный в головке распредвал. С помощью кулачков (элементов вращения особой формы) он при вращении открывает и закрывает клапаны. В двигателях используются два основных типа работы вала:
- Одновальная схема (SOHC) – есть один вал, который управляет всеми четырьмя комплектами клапанов для цилиндров.
- Двухвальная (DOHC) – два сопряжённых вала, из которых один регулирует работу клапанов впуска, а второй – выпуска.
Распредвал приводится в действие с помощью ремня ГРМ. Источником движения для него служит коленчатый вал (коленвал), который, в свою очередь, приводят в движение поршни двигателя во время взрывов топливной смеси. Таким образом в двигателе осуществляется саморегуляция.
Свечи зажигания
Для того, чтобы воспламенить топливную смесь, используются свечи. Они представляют собой электроды, на которые подаётся напряжение от электросистемы автомобиля. Высоковольтный разряд поджигает смесь бензина с воздухом, и выделившаяся энергия толкает поршень. С поршня же, в свою очередь, кинетическая энергия подаётся на коленвал – и, в конечном итоге, за счёт его вращения обеспечивается работа как двигателя, так и иных агрегатов автомобиля.
Прокладка
Отдельно нужно упомянуть прокладку, с помощью которой обеспечивается герметизация рабочего объёма двигателя, а ГБЦ объединяется с корпусом мотора. Несмотря на свою внешнюю простоту, прокладка является сложным техническим изделием, обеспечивающим как герметичность, так и механическую прочность узла. Как правило, её изготавливают из сталеасбеста – композитного материала, сочетающего стальную основу и жаропрочный асбест.
В отличие от остальных узлов, прокладка – одноразовый элемент. Каждый раз, когда происходит ремонт головы двигателя, она должна быть заменена. В норме вторичное использование её недопустимо.
В том же случае, когда прокладка приходит в негодность, сначала падает компрессия (а заодно – и мощность мотора), затем двигатель начинает работать с перебоями. В итоге дело может кончиться полным выходом из строя всего блока. Именно поэтому каждый автомобилист должен тщательно следить за сохранностью прокладки.
Модификации ГБЦ
Варианты ГБЦ зависят от конструкции двигателя и его марки. Отличаются друг от друга они в основном следующим:
- линейные размеры исходя из размеров самого цилиндрового блока;
- размеры посадочных гнёзд;
- расположение клапанов;
- допустимая степень сжатия на двигателе;
- используемый материал (чугун, алюминиевый сплав и т. д.).
В общем случае надлежит использовать ту модификацию, которую рекомендует фирма-производитель двигателя.
Цена замены и ремонта ГБЦ
Обычно ремонт требуется, если произошёл перегрев двигателей. В том же случае, если для охлаждения использовался полив водой двигателя, ГБЦ менять придётся в любом случае: обычно после такой операции появляются скрытые трещины. В том же случае, если имеются раковины на головке блока цилиндров, необходимость замены или ремонта может возникнуть куда раньше, чем положено.
Как и любой другой узел, ГБЦ в машине нуждается в регулярном обслуживании, а при неисправности головки блока цилиндров – в ремонте. Как правило, ремонт сводится к следующему:
- При неисправности отдельных механизмов – замена соответствующих частей (клапанов и т. д.).
- При дефектах самого корпуса (трещина в головке блока цилиндров) – полная замена всего узла.
При замене головки попутно приходится в обязательном порядке менять масло, масляный фильтр и прокладку – второй раз её использовать нельзя ни в коем случае.
В том случае, если у автовладельца нет ни инструментов, ни умений для самостоятельной замены ГБЦ, ремонт ему обойдётся в сумму от 4 до 7 тысяч рублей в зависимости от сложности работы. В эту сумму не входит стоимость тех частей, которые попутно придётся заменить.
Момент затяжки болтов при снятии и установке ГБЦ
Одним из главных факторов при монтаже и демонтаже головки является усилие на болтах. Именно из-за этого приходится обращаться в специализированные мастерские: как показывает опыт, обычным гаечным ключом закрутить крепёжные болты нереально, а попытка приведёт лишь к тому, что на первом же рабочем такте двигатели прорвут прокладку.
В современных автомобилях, как правило, не предусмотрена необходимость дополнительной затяжки: вся регулировка производится либо прямо на заводе, либо в сертифицированных центрах обслуживания. Самостоятельно подтягивать болты необходимо лишь на старых отечественных машинах (ВАЗ вплоть до модели 2109).
При этом необходимо ознакомиться с оригинальным руководством по обслуживанию двигателя, где указан порядок затяжки и необходимое усилие. Обычно затяжка производится следующим образом:
- Сначала – с усилием 20 Н*м.
- Затем – до 85,7 Н*м.
- Доворот болтов перпендикулярно положению на предыдущем этапе.
- Окончательный доворот ещё на 90 градусов.
Осуществлять работу необходимо с помощью ключа с динамометром. Без этого бессмысленно даже начинать работу.
Протяжка и шлифовка на ГБЦ ВАЗа и других модификациях двигателей
Отдельно стоит рассмотреть такие операции, как протяжка и шлифовка головки. Здесь действует правило:
- если речь идёт о старых моделях ВАЗ, то протяжку надо делать, по сути, при каждом техобслуживании двигателя;
- на новых отечественных машинах и иномарках эта операция производится исключительно по мере необходимости. Обычно она возникает, если произошла деформация головки и началось поступление масла. Проще говоря, когда начало пробивать прокладку головки – надо срочно делать протяжку.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
То же самое касается и шлифовки. Ставить нешлифованную головку после ремонта двигателя не имеет смысла: как только двигатель прогреется, будет нарушена герметичность – и в лучшем случае упадёт мощность. В худшем же случае начнётся поступление воздуха в рабочую полость – и закончиться это может чем угодно, вплоть до полного выхода из строя всего мотора.
Головка блока цилиндров - верхняя часть двигателя, располагающаяся над . В зависимости от конструкции двигателя она может выполнять разное число функций: в типовых современных двигателях она закрывает верхние части цилиндров, формируя камеру сгорания, а также содержит в себе каналы для масла и охлаждающей жидкости и основную часть - (один или два), впускные и выпускные , впускные и выпускные каналы, а во многих случаях - и топливные форсунки. В некоторых случаях ГБЦ не просто формирует верхнюю крышку камеры сгорания, но также имеет свою часть этой камеры или специальные камеры впрыска - или .
Поскольку в камере сгорания при работе двигателя создается большое давление, головка блока цилиндров должна быть плотно притянута к блоку цилиндров. Для обеспечения герметичности их соединения между ними устанавливается прокладка ГБЦ, а головка по всей длине равномерно крепится к блоку большим количеством болтов.
Материал изготовления ГБЦ может быть различным: современные головки в большинстве своем изготавливаются из алюминия, но существуют и стальные, и чугунные ГБЦ. Основные преимущества алюминия - меньший вес и хорошее теплораспределение, однако алюминиевые головки несколько уступают стальным и чугунным по прочности и надежности.
ГБЦ современного мотора, в которой располагается клапанный механизм, сверху прикрыта специальной . Клапанная крышка прикрывает клапанный механизм, а съемной она сделана для обеспечения доступа к клапанному механизму для его ремонта и обслуживания - например, для так называемой регулировки клапанов, когда регулируется величина зазора между кулачком распредвала и приводом клапана. Как и поверхность между ГБЦ и блоком цилиндров, поверхность на стыке ГБЦ и клапанной крышки уплотняется специальной прокладкой.
Сколько ГБЦ может быть у двигателя?
Число головок блока цилиндров может быть различным в зависимости от двигателя. К примеру, моторы имеют одну ГБЦ, тоже обходятся одной головкой, а вот , и моторы в силу своей конструкции обязательно предполагают наличие двух головок блока цилиндров. Причины ясны: в них цилиндры (и в них) расположены под углом друг к другу, и верхние части камер сгорания значительно удалены друг от друга (в оппозитах - буквально на противоположную сторону мотора), поэтому каждая из групп цилиндров имеет свою ГБЦ.
Более экзотичные варианты - это радиальные моторы и тяжелая техника. В радиальных моторах - таких, где цилиндры отходят в стороны от , образуя «звезду» - число ГБЦ соответствует числу цилиндров, то есть, у каждого цилиндра имеется своя индивидуальная головка. Звездообразные двигатели широко использовались в авиации - такой можно увидеть на самолетах с носовым пропеллером.
Схема с индивидуальными головками блока для каждого цилиндра также применяется в моторах огромного объема для тяжелой техники - например, гигантских дизелей, используемых в судостроении, карьерных грузовиках, железнодорожных локомотивах и так далее. Такие двигатели, как правило, имеют обычную рядную компоновку, но использование индивидуальных ГБЦ для каждого цилиндра оправдано с точки зрения ремонта и обслуживания: для проведения этих работ гораздо проще и дешевле снять одну головку меньшего размера, нежели демонтировать огромную общую ГБЦ целиком. Кроме того, такая схема позволяет строить двигатели с разным числом цилиндров (и, соответственно, рабочим объемом и мощностью), не меняя конструкцию ГБЦ.
Тюнинг ГБЦ
Поскольку головка блока цилиндров современного мотора имеет множество функциональных ролей, содержа в себе ГРМ, часть впускного и тракта, часть системы впрыска и , она зачастую подвергается тюнингу.
Основные доработки самой ГБЦ обычно касаются оптимизации диаметра, формы и поверхности каналов, особенно впускных. Правильная форма канала минимизирует завихрения и улучшает наполняемость цилиндра, а увеличение диаметра канала позволяет увеличить объем подаваемого воздуха или топливовоздушной смеси. Однако стоит понимать, что в случае увеличения диаметра впускного канала при неизменности остальных параметров мотора падает скорость потока, что негативно сказывается на наполняемости цилиндра и характеристиках мотора на низких и средних оборотах. Таким образом, увеличение диаметра впускного канала должно сопровождаться увеличением объема подаваемого воздуха (к примеру, за счет повышения давления наддува турбины).
Еще одна характеристика мотора, которую можно изменись за счет доработки ГБЦ - это . Поскольку ГБЦ является верхней частью камеры сгорания, сточив ее нижнюю часть, можно уменьшить объем камеры сгорания и увеличить тем самым степень сжатия в цилиндре. Подобные методики применяются, к примеру, для адаптации старых моторов с низкой степенью сжатия, рассчитанных на применение бензина (АИ-80, АИ-76 и ниже), к наиболее распространенному сегодня АИ-92.
Конструкции ГБЦ в зависимости от типа конструкции двигателя
Как было сказано в начале, конструкция ГБЦ может различаться в зависимости от конструкции мотора, на котором она установлена. Простейшие ГБЦ на моторах типа Flathead представляют собой металлическую пластину с резьбовыми отверстиями для установки свечей зажигания. Однако по мере совершенствования ДВС возникла необходимость переноса распределительного вала и клапанного механизма в головку блока цилиндров, и в результате большинство современных моторов имеет именно такую конструкцию. Впрочем, верхнеклапанные нижневальные моторы большого объема до сих пор встречаются в американских автомобилях. Мы рассмотрим различные конструкции ГБЦ в зависимости от конструкции двигателя.
ГБЦ нижнеклапанного нижневального двигателя
Конструкция двигателя предполагает расположение распредвала в блоке цилиндров, неподалеку от коленвала, и привод первого от второго при помощи шестерней. Клапаны при этом приводятся от распредвала толкателями и расположены тарелками вверх, а впуск и выпуск подходят к цилиндру сбоку (отсюда и одно из англоязычных названий таких моторов - side-valve engine, что значит «двигатель с боковым расположением клапанов»).
Таким образом, и , и расположены в блоке (и рядом с ним), а в верхней части цилиндра могла располагаться только свеча зажигания. Соответственно, и ГБЦ такого мотора была простейшей пластиной (к этому нас отсылает другое англоязычное название таких моторов - Flathead, то есть «плоскоголовые»), в которой при необходимости имелись резьбовые отверстия для установки свечей зажигания.
Следующей ступенью развития нижневальных моторов стали двигатели со смешанным расположением клапанов: в них впускные клапаны с приводом перенесли наверх, в головку блока цилиндров, а выпускные оставили без изменения. Такая конструкция получила название F-head, так как поршень и клапаны отчасти напоминали по расположению букву F. Привод впускных клапанов осуществлялся через качающиеся коромысла. Таким образом, конструкция ГБЦ усложнилась: вместо простой пластины она стала представлять собой плиту с механизмом привода впускных клапанов и, как и ранее, разъемом под установку свечей зажигания.
ГБЦ верхнеклапанного нижневального двигателя
Следующим этапом развития моторов после нижнеклапанных нижневальных стали : то есть, распредвал в них, как и ранее, располагался в блоке цилиндров, приводясь от коленвала шестеренчатым механизмом, а вот клапаны перебрались наверх, в головку блока цилиндров. Разумеется, это повлекло заметное усложнение ее конструкции - из пластины с отверстиями под свечи зажигания она превратилась в полноценный блок с каналами для смазки и охлаждения, а также впускными и выпускными каналами, по которым подавалась топливовоздушная смесь и отводились отработавшие газы.
Поскольку привод клапанов от распредвала осуществлялся через штанги-толкатели и коромысла, то конструкция ГБЦ такого мотора предполагала расположение этих коромысел и собственно клапанного механизма внутри нее.
ГБЦ верхнеклапанного верхневального двигателя
Головка блока цилиндров современного двигателя в подавляющем большинстве случаев выглядит именно так: в схеме и распредвал, и клапанный механизм находятся в ГБЦ. Эта схема является наиболее современной и может иметь несколько вариантов реализации.
В самых простых вариантах ГБЦ помимо каналов впуска-выпуска, смазки и охлаждающей жидкости содержит в себе один распределительный вал и по два клапана на каждый цилиндр. Привод клапанов, в свою очередь, тоже может быть разным - напрямую от распредвала либо через коромысла-толкатели или гидрокомпенсаторы, которые регулируют зазор между кулачком распредвала и головкой клапана.
Более продвинутые варианты ГБЦ предполагают наличие , а также наличие , один из которых управляет впускными клапанами, а другой - выпускными. Однако, несмотря на это увеличение числа рабочих элементов, функционал и принципиальное устройство ГБЦ остается тем же.
KnowCar - понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные - внизу сайта.
Головка блока цилиндров – важнейшая часть любого двигателя автомобиля. Для его нужна головка блока цилиндров? Из чего она состоит? Каково предназначение ГБЦ? Как производится диагностика головки блока цилиндров, ремонт и замена? Сегодня мы постараемся ответить на все эти вопросы.
Применение первой головки осуществлялось со дня рождения самого первого двигателя. Без этой составляющей невозможно эксплуатировать ни один двигатель.
Устройство ГБЦ
Головка блока цилиндров – это верхняя часть двигателя, которая устанавливается на блок и закрывает его верхнюю часть.
Она имеет довольно сложную конструкцию, которая изготавливается, как правило, из алюминиевого сплава или специального легированного чугуна. Изнутри имеется много идеально гладких поверхностей – это еще раз подтверждает ее значимость в двигателе любого автомобиля. Чтобы достичь максимально герметичного соединения с двигателем, ее ширина снизу делается большей, а между двигателем и головкой устанавливается специальная прокладка.
Головка блока представляет собой отдельную деталь, на которую крепятся другие узлы. К ним относятся: распределительный вал (или валы, если он не один), клапана и их механизм, свечи зажигания, различные форсунки и многое другое. Камера сгорания находится непосредственно в ГБЦ, что указывает на то, что крепление впускных и выпускных коллекторов осуществляется на нее.
Количество головок может варьироваться, в зависимости от типа блока. Если блок имеет V-образную форму, то соответственно и количество головок будет две. На обычных, однорядных двигателях устанавливается одна ГБЦ.
Сверху на головку устанавливается крышка ГБЦ, которая защищает все ее узлы от попадания пыли и других инородных частиц. Для соединения, также применяется специальная уплотняющая прокладка. На верхней части крышки располагается заливное отверстие, через которое заливается масло. Это говорит о том, что масло попадает в картер именно через головку блока цилиндров.
Практически все процессы, происходящие в двигателе, осуществляются именно через головку блока цилиндров. На ГБЦ располагаются все механизмы, которые приводят в движение поршневой механизм. Это свечи зажигания, предназначенные для воспламенения смеси, клапанный механизм, с помощью которого осуществляется впуск топлива, выпуск отработанных газов, коллекторы и самое главное – распределительный вал. Он располагается на головке блока цилиндров и приводит в действие клапанный механизм. Все это защищается от внешних воздействий именно при помощи ГБЦ.
Кроме того, внутри головки располагаются камеры сгорания, в которых и происходит сжатие и воспламенение смеси. Это место имеет тесную связь с блоком цилиндров, в котором перемещаются поршни.
Головка блока цилиндров имеет две прокладки, с помощью которых осуществляется герметичная защита соединений с блоком и крышкой. Состояние двигателя во многом зависит от этих прокладок и самой ГБЦ.
Диагностика неисправностей и ремонт головки блока цилиндров
В процессе эксплуатации, головка блока испытывает большие нагрузки. Это и механическое воздействие деталей, и высокие температуры, образуемые в камере сгорания. Чаще всего, все неисправности сводятся к тому, что двигатель перестает развивать требуемую мощность и начинает работать неустойчиво. Если регулировка механизмов, имеющих к этому отношению, не дают должного эффекта, значит, самое время провести ремонт головки блока цилиндров.
Диагностика неисправностей начинается с внешнего осмотра газораспределительного механизма, а также корпуса головки. На ней недолжно быть все возможных трещин, сколов и прочих дефектов.
Кстати о трещинах. Это самая страшная неисправность ГБЦ. Она может образоваться в результате воздействия больших температур. Чаще всего, это происходит из-за частых перегревов двигателя. Вначале, это будет микротрещина, которая постепенно будет разрастаться. О ее присутствии будет говорить наличие в охлаждающей жидкости остатков масла и появление соответствующих пузырей в бачке. Трещина в блоке нарушит герметизацию клапанного механизма, что приведет к ослаблению посадки многих деталей. Как следствие, снижение мощности двигателя, падение компрессии и т п. Ремонт блока с трещиной, как и с любыми другими механическими повреждениями не допустим, поэтому его подвергают замене.
При снятии ГБЦ проверяют нижнюю плоскость соединения с блоком цилиндров. Для этого, к ней прикладывается специальная линейка по диагонали всей длины ГБЦ. Контроль зазоров выполняется с помощью измерительного щупа. Нормой измерений можно считать зазор, не превышающий 0,06 миллиметров. Если эта величина больше, то плоскость подвергают шлифовке.
Проверка износа шеек опоры кулачкового вала и его подшипников выполняется с помощью микрометра. Результаты измерений необходимо сравнить с нормами, которые допустимы именно для вашей модели двигателя. Если имеются определенные отклонения, то, исходя из значений, принимается решение о способе ремонта.
Состояние таких деталей, как коромысла, седла и рычаги определяется с помощью внешнего осмотра. В том случае, когда фаска «утоплена», но стержень, при этом, находится в порядке, то ее нужно обработать. После этого, клапан можно применять снова.
Всевозможные внешние дефекты в виде царапин, заусенцев и т п. устраняются при помощи шлифовки. Данная процедура, прежде всего, касается тех мест, где необходима герметизация соединений.
Данная процедура выполняется при обнаружении серьезных повреждений корпуса ГБЦ. Как было сказано ранее, к ним относятся различные трещины и отломившееся части. Помимо этого, замена потребуется в случае, когда отклонения величины зазоров от нормы значительно превышают допустимые значения и в любых других случаях, когда невозможно провести ремонт.
Вместе с новой головкой, необходимо сразу подвергать замене прокладку ГБЦ, а также прокладку ее крышки. Данные элементы всегда заменяются новыми при установке новой головки.
Чтобы провести замену, необходимо отсоединить все части, которые препятствуют демонтажу ГБЦ. Ими могут быть – инжектор, карбюратор, впускные и выпускные коллекторы, механизмы распределения зажигания (свечи, бронепровода, трамблер), элементы системы охлаждения (патрубки), а также различные штекера и датчики. После этого демонтируют ремень или цепь привода газораспределительного механизма. На некоторых моделях двигателей еще и бензонасос.
После этого, откручивают гайки крепления крышки головки и снимают саму крышку. После этого, вы можете принимать решение по снятию головки блока. Допускаются варианты, когда разборка клапанного механизма и демонтаж распределительного вала производится после снятия ГБЦ или до его снятия. В первом случае, выполнить эту процедуру намного легче, потому что есть ряд деталей, открутить которые можно только с помощью надежной фиксации ГБЦ.
После полной разборки и снятия ГБЦ устанавливают новую деталь. Ее можно выполнять как с установленным на нем механизмом газораспределения, так и с перестановкой старых деталей на новую головку. В последнем случае, необходимо будет провести регулировку и подгонку клапанов, а также прочих элементов.
После установки ГБЦ, все снятые элементы устанавливаются в обратной последовательности. После этого, необходимо будет провести регулировку угла опережения зажигания и газораспределительного механизма.
Видео - Затяжка головки блока цилиндров
Показан способ затяжки головки двигателя в домашних условиях, так, чтобы потом не протягивать.
Пожалуй, это все, что нужно знать о головке блока цилиндров.