Данной статьей я расскажу вам, что такое ГБЦ (головка блоков цилиндров), из чего она состоит, где находится и как действует. Так же объясню, зачем необходим этот немаловажный для работы автомобиля узел.
Разберемся с определением.
Итак, головка блоков цилиндров (ГБЦ) – это крышка, которая закрывает блок цилиндров от любых внешних негативных влияний. Она представляет собой деталь сложной формы, изготовленную, как правило, из алюминиевого сплава или легированного чугуна способом точечного литья. После прохождения этапа литья, чтобы избавится от остаточного напряжения, возникшего на предыдущем этапе, ее подвергают искусственному старению с помощью механической обработки.
Внутренняя поверхность ГБЦ при этом представляет собой идеально гладкую поверхность, что указывает на высокую значимость данного узла. Чтобы более надежно соединить ГБЦ с блоком цилиндров, ее нижнюю часть производят немного расширенной.
Конструктивные особенности ГБЦ.
Головка блоков цилиндров современных авто имеют сложную конструкцию и включают очень большое количество различных деталей (клапана газораспределения, привод свечей зажигания, форсунки и т.д.). Также сюда устанавливаются – выпускные и впускные клапана, камера сгорания топлива, распределительный вал и многое другое. На автомобили с однорядными двигателями устанавливают общую ГБЦ, а на многорядные двигатели — W-образные, где на каждый ряд цилиндров устанавливают отдельную головку.
Строение и основные функции, которые выполняет головка блоков цилиндров в период работы.
- Крышка ГБЦ (на которой находится маслоналивное отверстие) – на нее возлагается функция защиты блока цилиндров от негативных воздействий и засорения.
- Резиновый уплотнитель (прокладка головки блока цилиндров) — используется при креплении крышки ГБЦ и выполняет функцию уплотнителя в местах крепления крышки к блоку цилиндров. Прокладка предназначена для однократного использования, поэтому не стоит экономить на ее замене при ремонте или обслуживании данного узла.
- Камеры для сгорания топлива.
- Расположенные на корпусе головки резьбовые отверстия, предназначенные для форсунок или свечей зажигания.
- Полость для распредвала и натяжителя цепи – расположена в передней части ГБЦ.
Место в верхней части ГБЦ отведено для клапанных пружин и втулок, опорных шайб и корпусов подшипников распредвала, а также в корпусе имеются отверстия для установки впускного и выпускного коллекторов. Есть в ГБЦ и место для ГРМ (газораспределительного механизма).
При несвоевременном или неправильном обслуживании головки блока цилиндров могут возникнуть серьезные поломки в связи с большим количеством различных узлов и механизмов, находящихся в непосредственном взаимодействии друг с другом, что в свою очередь приведет к весьма дорогому ремонту, читаем . Это связано с тем, что для разборки или даже для частичного ремонта одного из узлов практически всегда необходимо снимать головку, а этот процесс весьма трудоёмкий.
При установке ГБЦ обратно необходимо соблюдать определённую последовательность и четкий момент затяжки, которые определяет завод изготовитель данного автомобиля, подробнее в статье . Если пренебречь этими правилами и недожать до необходимого момента – можно испортить прокладку, потерять масло и охлаждающую жидкость, и как результат — поломка. В худшем варианте охлаждающая жидкость попадет в масло, и дальше в цилиндр, что приведет к поломке гильзы цилиндра. Слишком большое усилие — приведет к порче мягкого корпуса головки, что потребует его восстановления. Поэтому советуем вам производить ремонт не своими силами, а прибегая к помощи квалифицированных специалистов.
Головка двигателя, или головка блока цилиндров (ГБЦ) наряду с газораспределительным механизмом (ГРМ) является одной из важных деталей и от неё зависит не только мощность и экономичность мотора, но и его долговечность. В этой статье, рассчитанной больше для новичков, я постараюсь подробно описать устройство, обслуживание и ремонт головки, а также все нюансы связанные с ней. Ну а если кто то из уважаемых читателей захочет ознакомиться с каким то нюансом более подробно, то я для этого установил в этой статье несколько ссылок, перейдя по которым можно будет попасть на более подробную статью.
Прежде чем перейти к обслуживанию или ремонту, для начала рассмотрим изготовление и устройство головки простейшего восьми-клапанного мотора. И только изучив устройство ГБЦ простейших двигателей, затем не возникнет сложностей в обслуживании более сложных головок 16 клапанных двигателей. Хотя, головка с 16 клапанами и ещё одним распределительным валом не такая уж и сложная и по сути представляет собой как бы сдвоенную 8-ми клапанную «голову», но не будем забегать вперёд. Изучив устройство простейшей головки, любой начинающий автовладелец, или ремонтник, без труда сможет провести её обслуживание или ремонт своими силами у себя в гараже
Головка двигателя — изготовление и устройство.
Головка блока большинства современных двигателей представляет из себя достаточно толстую плиту, отлитую из лёгкого алюминиевого сплава (на некоторых более древних моторах для материала головки использовали чугун). После отливки заготовки будущей ГБЦ, на ней фрезеруют плоскости сопряжения с блоком цилиндров и с клапанной крышкой, а также с высокой точностью растачивают нужные посадочные отверстия для в опорах постелей (у большинства головок четырёхцилиндровых восьми-клапанных моторов имеются пять опор постелей).
Опоры постелей распределительного вала изготавливают разъёмными (из двух половин) и верхняя половина растачивается в корпусах постелей (подшипников скольжения), а нижняя опора изготавливается как одно целое с корпусом головки двигателя. Конечно же, чтобы достичь идеальной точности отверстий под подшипники распределительного вала, отверстия в опорах растачивают в сборе с корпусами подшипников и поэтому они не взаимозаменяемы. То есть головку цилиндров любого двигателя можно заменять только в сборе с корпусами подшипников скольжения для распредвала.
Ну а газораспределительные впускные и выпускные каналы делают изначально в момент отливки корпуса головки (современные не отливают, а фрезеруют из цельного куска материала — см. видео ниже), ну и далее шлифуют плоскости на их выходе, для крепления впускного и выпускного коллекторов, ну и сверлят отверстия и нарезают резьбу, под шпильки для крепления обоих коллекторов (впускного и выпускного). С другого конца впускных и выпускных каналов растачивают (фрезеруют) посадочные места под запрессовку сёдел клапанов, которые выполняют из жаростойких сплавов.
В районе сёдел клапанов сначала растачивают сферические камеры сгорания, количество которых зависит от количества цилиндров в блоке двигателя, а после расточки камер сгорания уже делают посадочные места под сёдла клапанов и высверливают отверстия для запрессовки направляющих . А глубина камер сгорания напрямую зависит от степени сжатия конкретного двигателя и чем больше степень сжатия, тем меньше глубина камер сгорания.
Сам процесс изготовления головки двигателя из цельной болванки алюминиевого сплава, на современном фрезерном центре, желающие могут посмотреть в видеоролике чуть ниже.
Головка двигателя — привод клапанов ВАЗ 2108, 09, 10 и т.д.
1 — корпус головки, 2 — клапан, 3 — толкатель, 4 — клапанная крышка, 5 — кулачок распредвала, 6 — регулировочная шайба, 7 сальник клапанов.
Механизм привода клапанов (механизм газораспределения).
В любой головке двигателя имеется механизм привода клапанов, или как его ещё называют — газораспределительный механизм (сокращённо ГРМ). Этот механизм служит для открытия и закрытия в нужный момент впускных и выпускных клапанов. Клапаны 2 (см. рисунок слева) на более современных машинах (в том числе и на наших восьмёрках, девятках и последующих моделях ВАЗ) приводятся в действие непосредственно давлением кулачков распредвала, через цилиндрические толкатели 3.
А в специальное гнездо толкателя вставляется регулировочная шайба 6, с помощью которой производят изменение (регулировку) клапанного зазора — о регулировке зазоров клапанов с помощью таких шайб я написал отдельную подробную статью , а регулировку зазоров клапанов на более современных двигателях с системой VTEC, желающие могут почитать .
Cнятие и установка головки двигателя автомобиля.
Прежде чем начинать ремонт головки цилиндров двигателя её необходимо снять. Как правило головку отделяют от блока мотора, если необходимо удалить нагар с поверхности камер сгорания и тарелок клапанов, ну или заменить клапаны, или направляющие втулки клапанов. Обо всех этих операциях я уже писал у себя на сайте, например вот в . Ну а сальники клапанов на большинстве моторов можно заменить и не снимая головки (о замене сальников клапанов подробно описано ).
Далее я опишу последовательность действий при снятии головки двигателя на примере восьми-клапанного двигателя отечественных восьмёрок и девяток, но на других автомобилях с подобными моторами последовательность действий не сильно отличается (ну разве что за исключением некоторых мелочей).
Для начала следует установить машину на подъёмник (или подогнать к смотровой яме в гараже) и для безопасности снять минусовую клемму с .
последовательность откручивания болтов головки двигателя
После ремонта головки устанавливаем её на место с новой прокладкой и собираем
всё в обратной последовательности, прижав головку цилиндров к блоку с помощью болтов и с положенным моментом, указанным в мануале вашего двигателя.
Перед установкой штатных болтов крепления головки к блоку, советую измерить их длину c помощью штангенциркуля и если болты крепления головки вытянулись так, что их длина превышает 135,5 мм, то такие болты использовать не советую, их следует заменить новыми. Иначе любой уставший болт при затяжке (или после её) может лопнуть в любой момент и выкрутить его будет не так то просто.
Но не это главное, а то, что лопнуть болт (или два) может во время эксплуатации машины и охлаждающая жидкость может начать просачиваться в картер и начать смешиваться с . А это может привести к печальным последствиям (кому интересно к каким — ).
После установки головки двигателя на своё место и затяжки болтов с положенным моментом и в правильной последовательности, показанной на рисунке слева, далее следует отрегулировать натяжение ремня с помощью специального приспособления, описанного в , и затем нужно будет проверить и отрегулировать клапанные зазоры (о регулировке клапанов ).
Ну а ниже я подробно опишу разборку и сборку головки цилиндров двигателя переднеприводных Вазов с восьмиклапанным газораспределением, но разумеется почти так же можно произвести разборку и сборку головки и на других автомобилях с подобными двигателями, в том числе и иномарках.
Разборка и сборка головки двигателя.
Разборка. Естественно, если вам требуется заменить какую либо одну изношенную деталь, то можно не разбирать полностью головку цилиндров, а снять только ту деталь, которую нужно заменить новой. Но всё же я опишу полную разборку и сборку, так как это может пригодиться в некоторых случаях (например при капремонте).
Укладываем головку двигателя на чистый верстак, откручиваем крепёжные винты и снимаем карбюратор с проставкой, а так же теплоизолирующий экран карбюратора, если он есть. Далее снимаем выпускной коллектор, если он не был снят заранее ешё под капотом.
Так же, если не были сняты заранее, отсоединяем отводной патрубок рубашки охлаждения двигателя, выкручиваем датчик указателя температуры охлаждающей жидкости и , а так же выкрутите .
Затем вынимаем их отверстий в головке толкатели клапанов с регулировочными шайбами. Надавив на торцы клапанов с помощью рассухаривателя и сжав клапанные пружины, извлекаем сухарики, пружины с тарелками, и опорные шайбы пружин, ну и далее перевернув головку двигателя, вынимаем клапана из отверстий клапанов.
Сборка головки цилиндров . Отремонтировав головку (о ремонте я напишу чуть ниже) собираем всё в обратной последовательности:
- устанавливаем опорные шайбы пружин на место.
- смазываем моторным маслом стержни клапанов и новые сальники клапанов.
- надеваем с помощью оправки на направляющие (с обратной стороны головки) новые сальники клапанов (об этом я подробно писал в статье замена сальников клапанов — ссылка выше).
- вставляем со стороны камер сгорания клапана в отверстия направляющих втулок и новых сальников клапанов. Новые сальники зафиксируют клапана от выпадания.
- устанавливаем пружины и тарелки пружин и далее сжимая пружины с помощью рассухаривателя, устанавливаем сухарики в свои посадочные места.
- вставляем далее в отверстия головки двигателя толкатели клапанов с регулировочными шайбами.
- очистив плоскости сопряжения головки и корпусов подшипников от остатков прокладки, грязи и масла.
- смазываем чистым моторным маслом опорные шейки и и укладываем его в постели в таком положении, чтобы кулачки первого цилиндра были направленны вверх.
- устанавливаем сверху на свои места корпуса подшипников распредвала (крышки постелей) и затягиваем их в два приёма, как показано на рисунке ниже.
- предварительно затягиваем крепёж до прилегания поверхностей корпусов подшипников к плоскостям головки двигателя, при этом следим за тем, чтобы установочные втулки корпусов (если они есть) свободно вошли в свои посадочные отверстия.
- далее в той же последовательности окончательно затягиваем крепёж с помощью динамометрического ключа с положенным моментом (для восьмёрок и девяток ВАЗ момент 21,6 Н м (2,2 кгс·м)).
- устанавливаем новый сальник распределительного вала, предварительно смазав его рабочие кромки чистым моторным маслом — подробно об этом .
- остальное навесное оборудование устанавливаем на головку в последовательности, обратной разборке.
Головка двигателя — диагностика технического состояния и ремонт.
О ремонте головки двигателя я уже написал несколько статей, ссылки на которые будут опубликованы чуть ниже. А в этой статье я напишу лишь основное, что касаемо проверки технического состояния и ремонта, а так же о том, о чём я не писал в других статьях.
Перед деффектовкой головки тщательно отмываем её с помощью кисти и сольвента. Удаляем нагар с тарелок клапанов и с поверхности камер сгорания, с помощью мягкой латунной проволочной щётки-насадки, насаженной в патрон электродрели. Так же полезно будет удалить нагар со стенок выпускных каналов.
Далее следует внимательно осмотреть головку двигателя. На всех опорах (постелях) под шейки распредвала и в отверстиях для толкателей клапанов не должно быть трещин, царапин, задиров и других повреждений. А вообще трещины в любых местах головки недопустимы. Ну и при подозрении на попадание охлаждающей жидкости в моторное масло (конечно же при исправной прокладке головки) не помешает проверить герметичность головки цилиндров.
Для проверки герметичности следует закрыть заглушками все отверстия рубашки охлаждения и далее следует нагнетать насосом воду в рубашку охлаждения, под давлением не менее 0,5 МПа (5 кг/см²). При этом в течении не менее двух минут не должно наблюдаться утечек воды из головки.
Также проверку герметичности можно осуществить и с помощью нагнетания сжатого воздуха (например ). Отверстия рубашки так же закрываем заглушками или листом толстого оргстекла (я об этом уже писал в статье про ремонт треснувшей головки — ссылка на статью выше), а давление сжатого воздуха, подаваемого в полости рубашки не менее 1,5 — 2 кг/см².
Перед подачей сжатого воздуха головку опускаем в ванну с горячей водой (температура примерно 60 — 80ºС) и далее подаём воздух и засекаем время. В течении не менее 1,5 минуты нигде не должно наблюдаться выхода пузырьков воздуха из головки.
Сёдла клапанов . Внимательно осматриваем рабочие фаски сёдел (зону контакта с тарелками клапанов), на которых не должно быть точечных раковин, коррозии или различных повреждений. Мелкие повреждения можно устранить с помощью шлифовки (с помощью насадки) , но при этом снимаем как можно меньше материала. Но лучше всего восстанавливать фаски сёдел с помощью специального набора, который я описал в статье о восстановлении и ремонте сёдел клапанов — ссылка на статью выше (в списке ссылок).
О замене направляющих втулок и о самих втулках я также написал отдельную статью, ссылка на которую выше.
Клапаны.
С клапанов удаляем нагар и проверяем не деформированы ли стержни клапанов и нет ли трещин на тарелках клапанов. Клапаны имеющие повреждения разумеется заменяем новыми.
Также не помешает проверить состояние рабочих фасок на тарелках клапанов. При мелких повреждениях их можно шлифануть, но при этом важно выдержать углы фасок в 45º30′±5′.
При этом расстояния от нижней плоскости тарелок клапанов до базовых диаметров (34 и 30,5 на восьмёрках девятках) должны быть в пределах 1,3 — 1,5, и 1,8 — 2,0 мм.
Пружины клапанов . Осматриваем пружины и убеждаемся в том, что на них отсутствуют трещины, а так же не снизилась ли упругость пружин, проверив их деформацию под нагрузкой (показано на рисунке справа).
Основные данные для проверки пружин клапанов двигателя ВАЗ 2108,09: А — наружная пружина, Б — внутренняя пружина.
1 — пружины в свободном состоянии, 2 и 3 — нормальные пружины при сжатии усилием, 4 и 5 прилагаемое усилие в килограммах.
Толкатели клапанов . Также осматриваем и проверяем состояние рабочих поверхностей всех толкателей, на которых не должно быть задиров, царапин, а тем более трещин. Если обнаружите дефекты, то меняйте дефектные толкатели новыми.
Также проверьте длину болтов крепления головки к блоку и если они вытянулись (допустимую длину я написал выше), то меняйте болты новыми.
Регулировочные шайбы. Осмотрите их, особенно рабочие поверхности, которые должны быть идеально гладкими, без царапин, забоин и задиров, а тем более трещин. Так же на поверхностях всех регулировочных шайб не должно быть ступенчатого или одностороннего износа или стёртого металла. Допустимы лишь концентричные следы от приработки с кулачками распредвала.
Надеюсь эта статья (и другие тоже, на которые я указал ссылки) о головке двигателя будет полезна начинающим автовладельцам или ремонтникам, успехов всем.
Неотъемлемой частью любого поршневого двигателя является головка блока цилиндров (ГБЦ), которая обеспечивает работу сразу нескольких систем. О том, что такое ГБЦ, какими бывают эти детали, как они устроены и работают, а также о правильном обслуживании, выборе и замене головок — узнайте в этой статье.
Назначение головки блока цилиндров и ее место в двигателе
(ГБЦ) — один из основных агрегатов всех типов поршневых двигателей внутреннего сгорания; цельная или составная деталь, устанавливаемая на блок цилиндров для формирования герметичных камер сгорания.
С помощью ГБЦ решается целый ряд задач, обеспечивающих функционирование двигателя:
- Формирование замкнутых камер сгорания — они образуются выемкой в нижней части ГБЦ и днищем поршня;
- Участие в функционировании газораспределительного механизма. В двигателях с нижним расположением клапанов ГБЦ несет только выемки под клапаны или короткие участки впускных и выпускных каналов. В двигателях с верхним расположением клапанов каналы, а также часть или весь механизм ГРМ (в том числе и распредвал) могут размещаться на ГБЦ;
- Участие в работе системы охлаждения двигателя — в ГБЦ выполнены каналы для охлаждающей жидкости;
- Участие в работе системы смазки двигателя — в ГБЦ с верхним расположением клапанов или всего ГРМ выполнены масляные каналы для подачи масла к трущимся деталям;
- Участие в работе системы зажигания бензиновых агрегатов — в ГБЦ монтируются свечи зажигания;
- Участие в работе системы впрыска топлива дизельных и инжекторных моторов — в ГБЦ монтируются форсунки и вспомогательные компоненты.
Соответственно, головка для всех этих систем выполняет функции корпусного элемента, также она делает вклад в общую жесткость двигателя и сохранение геометрии его основных компонентов.
ГБЦ играет важную роль в работе силового агрегата, любая ее неисправность требует скорейшего ремонта или даже полной замены. Но для верного выбора этой детали необходимо разобраться в ее существующих типах и особенностях.
Классификация ГБЦ
Современные ГБЦ можно классифицировать по расположению и форме камеры сгорания, конструктивному исполнению, наличию деталей газораспределительного механизма и назначению (применяемости).
ГБЦ могут иметь различные по расположению и конструкции камеры сгорания (КС):
- КС, отформированные полностью в головке. В моторах с такими ГБЦ используются плоские поршни, при их подходе в ВМТ весь объем КС формируется головкой;
- КС, частично отформированные в головке и частично расположенные в поршне. В моторах с такими ГБЦ поршни имеют выемки в днище, которые являются частью КС;
- КС, расположенные полностью в поршне. В таких моторах нижняя плоскость головки практически плоская (с выемками для клапанов и каналов), а КС полностью отформирована в днище поршня.
КС могут иметь различную форму, которая определяет эффективность смесеобразования, сгорания топливно-воздушной смеси, отвода отработанных газов и т.д. наиболее распространенными формами КС являются сфера, полусфера, шатер, клин и полуклин, и другие. Однако на современных моторах все чаще встречаются КС сложной (комбинированной) формы, сочетающие в себе лучшие качества простых по форме камер.
В отдельную группу относятся форкамерные ГБЦ, в которых помимо основной КС выполнена связанная с ней малая камера для предварительного воспламенения горючей смеси.
Головки выпускаются трех конструкций:
- Общая ГБЦ для всех цилиндров рядного двигателя или одного ряда V-образного силового агрегата;
- Групповые ГБЦ рядных и V-образных моторов, закрывающих только часть (обычно половину) цилиндров одного ряда;
- Раздельные (индивидуальные) ГБЦ для каждого цилиндра.
Наиболее широкое применение получили общие головки, которые сегодня используются на рядных и V-образных двигателях малого и среднего объема. На мощных многолитровых и многоцилиндровых моторах, особенно дизельных, чаще используются индивидуальные ГБЦ — такое решение продиктовано необходимостью снижения массы головок и расхода металла на их изготовление. Кроме того, наличие отдельных головок значительно облегчает и ускоряет процесс обслуживания и ремонта деталей цилиндра (поршня, ГРМ и других).
Делятся на группы по наличию и комплекту газораспределительного механизма:
- Без деталей ГРМ — к этой группе относятся ГБЦ старых нижнеклапанных и нижневальных многоцилиндровых моторов, а также современных двухтактных бесклапанных моторов (мотоциклов и малой техники);
- С отдельными деталями ГРМ — клапанами и приводами клапанов (коромыслами и сопутствующими компонентами);
- Со всем механизмом газораспределения — к этой группе относится большое число современных моторов, в ГБЦ которых располагается распредвал, клапаны и их привод, а также вспомогательные механизмы и датчики.
Наконец, ГБЦ подразделяются на множество групп по применяемости и некоторым особенностям:
- Для дизельных и бензиновых моторов (а также и для моторов с газобаллонным оборудованием);
- Для агрегатов с жидкостным и воздушным охлаждением;
- Для моторов с различными режимами работы (обычных и форсированных).
Однако, независимо от типа и особенностей ГБЦ, все они имеют похожую конструкцию и принцип работы.
Устройство головок блока цилиндров
Основой конструкции ГБЦ является цельнолитая или фрезерованная деталь из облегченного алюминиевого сплава или белого чугуна. В ГБЦ различными методами формируются основные детали:
- Камеры сгорания;
- Впускные и выпускные каналы;
- Каналы с запрессованными в них втулками клапанов;
- Седла клапанов (во многих двигателях — упрочненные токами высокой частоты или иным способом, либо в виде отдельных деталей, изготовленных из более прочного металла);
- Каналы системы охлаждения;
- Масляные каналы;
- Опорные поверхности под детали ГРМ — стоек оси коромысел, постели распределительного вала и других;
- Резьбовые отверстия под монтаж свечей зажигания, топливных форсунок, свечей накаливания;
- Поверхности сопряжения и крепежные отверстия для монтажа различных деталей — впускного и выпускного коллекторов, крышки ГБЦ, разнообразных датчиков и т.д.;
- Сквозные отверстия для монтажных шпилек/болтов.
Все предусмотренные поверхности сопряжения полируются для достижения максимально плотного прилегания деталей. Монтаж коллекторов, крышки и ряда других деталей выполняется через уплотнительные элементы (прокладки). В чугунных головках монтаж обычно ведется с помощью болтов, в алюминиевых — чаще используются шпильки, которые вворачиваются один раз на предприятии-изготовители и в дальнейшем не трогаются.
Вся нижняя поверхность ГБЦ также полируется — она образует привалочную поверхность для монтажа на блок и формирования камер сгорания. Монтаж ГБЦ также выполняется через прокладку определенной толщины. В настоящее время наиболее широко используются композитные прокладки — как традиционные паронитовые (из прессованного искусственного каучука с асбестовым волокном), так и современные многослойные металлопакеты (на основе медного листа с синтетическими вставками).
ГБЦ в сборе устанавливается на верхнюю часть блока цилиндров, ее фиксация осуществляется с помощью наворачиваемых на шпильки гаек (в случае алюминиевого блока) или ввертываемых непосредственно в блок болтов (в случае чугунного блока). На головку устанавливается сплошная или составная крышка, обеспечивающая защиту деталей ГРМ и предотвращающая потери моторного масла.
Как правильно подобрать и заменить ГБЦ
Сама по себе ГБЦ — надежная и долговечная деталь, которая может без каких-либо проблем служить многие годы. Однако на ней установлено множество деталей, неисправность которых может потребовать демонтажа или иных манипуляций с ГБЦ. При нормальной эксплуатации транспортного средства снимать головку без надобности не рекомендуется, так как это приводит к ухудшению качества крепежа, а кроме того, при последующем монтаже необходимо использовать новую прокладку (что ведет к лишним расходам).
О замене ГБЦ придется задуматься в случае серьезных повреждений — сквозных трещин, сколов и отломов, изменении геометрии и т.д. Для замены необходимо выбирать головку той же модели (а главное — каталожного номера), что была установлена на двигателе ранее. "Неродная" головка просто не встанет на свое место и не обеспечит необходимых характеристик двигателя. Однако следует заметить, что ГБЦ других типов нередко используются при тюнинге двигателя, но эта работа гораздо более сложна простой замены деталей и выполняется только профессионалами, поэтому ее здесь мы не рассматриваем.
Приобретается в комплекте с прокладкой и комплектом уплотнителей (для коллекторов, крышки, датчиков и т.д.), применение старых уплотнительных элементов недопустимо! Монтаж новой головки следует выполнять в строгом соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства, особое внимание следует уделять порядку затяжки гаек/болтов и прилагаемому к ним усилию. Несоблюдение этих рекомендаций может привести к поломке ГБЦ.
В дальнейшем ГБЦ требует минимального внимания (чего нельзя сказать об установленных на ней деталях), и при правильном монтаже и бережной эксплуатации она будет обеспечивать надежное функционирование мотора.
Головка блока цилиндров является основным конструктивным узлом автомобильного двигателя. Неполадки в ее работе могут привести к серьезным последствиям, вплоть до капитального ремонта мотора. Подробнее об этом устройстве вы сможете узнать из данной статьи.
[ Скрыть ]
Понятие ГБЦ
Что такое ГБЦ в машине, что являет собой расшифровка данного устройства? ГБЦ или головка блока цилиндров является неотъемлемой частью силового агрегата. Это устройство предназначено для контроля процесса сгорания топливовоздушной смеси в силовом агрегате, а также выводе отработавших газов. ГБЦ — это крышка силового агрегата, которая монтируется сверху непосредственно блока. Этот узел может быть выполнен из сплава алюминия либо легированного чугуна.
После процедуры завершения литья при производстве автомобилей ГБЦ проходит процесс искусственного старения, это происходит для удаления остаточного напряжения из устройства. Если автомобильный мотор однорядный, то в нем применяется одна ГБЦ. Если речь идет о W-образных агрегатах, в этом случае для каждого ряда цилиндров будет применяться отдельная ГБЦ. Нижняя часть конструкции более широкая, это нужно для надежной фиксации узла на агрегате. С целью уплотнения блока с ГБЦ в автомобиле применяется уплотнительный компонент — прокладка (видео снято и опубликовано каналом Теория ДВС).
Установка и крепление устройства на моторе осуществляется благодаря направляющим штифтам, которые фиксируют ГБЦ на двигателе. Штифты на головке закручиваются в определенном порядке, который определяется для каждой марки авто, причем особо важным является и момент затяжки устройства. Для затяжки применяется динамометрический ключ, который определяет этот момент — если вы будете закручивать штифты силой, не соблюдая момент, есть вероятность повреждения устройства. Деформация данной конструкции станет причиной необходимости ее замены.
Конструктивные особенности ГБЦ
Ранее ГБЦ изготовлялись из чугуна, но сегодня этот материал не используется для производства. Чугунные головки до сих пор установлены на многих автомобилях. Использование этого материала обусловлено тем, что чугунные ГБЦ лучше работают в условиях жестких температур. Чугунные головки лучше справляются с сильной жарой и пониженными температурами, а алюминиевые устройства больше подвержены усадке и деформации при работе в таких условиях (Александр Скрипченко).
Одним из важных элементов ГБЦ авто считается прокладка, которая выполняется из армированного асбеста. Благодаря использованию этого материала прокладка позволяет справляться со своими задачами при повышенных температурах, а также выдерживает высокое давление. Прокладки, выполненные из асбеста, позволяют обеспечить хорошую герметичность магистралей системы охлаждения, камеры сгорания и масляного провода.
Ниже приведены основные составляющие ГБЦ автомобильного двигателя:
- Прокладка.
- Газораспределительный механизм.
- Картер двигателя. На картере находятся все элементы и узлы устройства, в том числе каналы системы охлаждения и маслопривода. Здесь находится и камера сгорания.
- Технологические разъемы для установки форсунок либо свечей.
- Сама камера сгорания. Этот узел используется для обеспечения процедуры возгорания топливовоздушной смеси двигателя.
- Привод газораспределительного механизма.
- Посадочные места резьбовыми отверстиями. В них устанавливаются коллекторы — впускной и выпускной.
Клапаны, имеющиеся на ГБЦ, устанавливаются в одном ряду на конструкции. Клапаны устанавливаются под углом, составляющим 20 градусов. Конструктивные особенности в различных авто, особенно современного производства, могут отличаться, однако обычно клапаны находятся в одном ряду.
В передней части головки блока цилиндров находится технологическая поверхность для монтажа цепного привода ГРМ, а также натяжителя ремня или цепи ГРМ. Камеры сгорания автомобильного мотора монтируются плотно к самому блоку цилиндров, для обеспечения надежного прилегания они механически обрабатываются. Что касается габаритов, то площадь камер сжатия будет более низкой, чем габариты днища у поршней. Это позволяет в конечном итоге улучшить процесс сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.
На левой стороне головки блока располагаются 4 технологических отверстия, в которые устанавливаются свечи либо форсунки двигателя. С другой стороны находится фланец, на него монтируются коллекторы. В непосредственной близости с фланцем располагаются магистрали системы охлаждения, по ним циркулирует хладагент. Сверху головки блока располагаются технологические отверстия, в них монтируются направляющие элементы, опоры шайб, подшипниковые устройства распредвала. Также на верхней части монтируется крышка, фиксирующаяся с помощью штифтов.
На ГБЦ устанавливаются и несъемные элементы:
- седла клапанов, использующиеся для обеспечения герметичности ГРМ;
- направляющие элементы клапанов.
Несъемные элементы монтируются путем прессовки в структуру головки блока. Процесс демонтажа и замены этих устройств выполняется с применением термического оборудования и инструментов, которые можно найти на специализированных станциях ТО. В домашних условиях их замена будет невозможной.
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.