Чем отличаются головки блока цилиндров

В двигателях внутреннего сгорания головка блока цилиндров (ГБЦ, часто называемая просто головкой) монтируется на блок цилиндров, запирая цилиндр (цилиндры), и образуя замкнутые камеры сгорания. Стык головки и блока уплотняют прокладкой головки блока. В головке обычно монтируются клапаны с пружинами, свечи зажигания, форсунки. В зависимости от типа двигателя (тактность, система воспламенения, тип охлаждения, система газораспределения) устройство головки может отличаться в очень больших пределах.

Содержание

Материал ГБЦ, её крепление к блоку [ править | править код ]

Лёгкие автомобильные двигатели могут иметь головку из алюминиевого сплава, особенно это относится к искровым двигателям. Обычно такую деталь получают литьём в кокиль, либо под давлением (с последующей обработкой каналов), могут использоваться стержневые формы.

Тяжёлые двигатели, и значительная часть автомобильных дизелей имеют чугунную головку, также получаемую литьём. Сёдла клапанов (при их наличии) запрессовываются с предварительным их охлаждением в парах жидкого азота; вихрекамеры, втулки клапанов также устанавливают с натягом. Головка имеет обычно ходы для газов, охлаждающей жидкости, масляные каналы, и большое количество сквозных отверстий под болты/шпильки, которые притягивают головку к блоку.

Крепление головки к блоку осуществляется силовыми болтами или шпильками с гайками и шайбами (в случае болтов они также имеют шайбы). Как индивидуальные, так и общие для ряда цилиндров, головки монтируют с затяжкой по указанному заводом способу [1] (последовательность, усилие затяжки, довороты на угол). Это необходимо для гарантии герметичности газового стыка и сохранности болтов. Упругость крепежа должна быть достаточна для сохранения затяжки при осадке прокладки газового стыка. Но превышение толщины металлоасбестовой (паронитной) прокладки или её просаживание (низкое качество, перегрев мотора) могут вызвать пробитие газового стыка головки, то есть выход двигателя из строя. Чтобы увеличить жёсткость прокладки, и тем гарантировать прижим, на современных дизелях чугунные головки монтируют с прокладками из мягкого железа.

Для дизелей толщина прокладки во многих моторах подбирается в соответствии с выступанием поршней. Если толщина окажется меньше необходимого, двигатель может начать стучать, больше — мощность до предела дымления уменьшится (т.к. объёмная доля воздуха в вихрекамере/камере в поршне будет меньше, а паразитный объём больше). Поэтому монтаж головки блока является ответственной операцией.

Головка двигателя с воздушным охлаждением [ править | править код ]

Независимо от других особенностей, имеет развитое оребрение вместо рубашки охлаждения. Наиболее распространённый в этом случае материал — силумин, так теплопроводность его выше (двигатели бензопил, культиваторов, маломощных электростанций, а/м фирмы "Татра", Д-37/Д-144), однако встречаются и чугунные на стационарных и тракторных двигателях (где вес не влияет на показатели техники). Основным показателем оребрения является отношение высоты рёбер к их ширине у основания, при его росте охлаждение улучшается.

Головка нижнеклапанного двигателя [ править | править код ]

Отличается максимальной простотой — имеет лишь ходы для охлаждающей жидкости, сверления под шпильки, и резьбу под свечи. Всегда групповая, для ряда цилиндров. Сейчас применяется редко, ввиду низкой экономичности таких двигателей. Пример двигателей: ЗИЛ-157, ГАЗ-А, ГАЗ-51.

В этом случае все клапана с их приводом монтируются в блоке.

Такое же устройство имеют головки двухтактных двигателей с кривошипно-камерной петлевой или дефлекторной продувкой. Плюсами также является лёгкость разборки и обслуживания, минимальная стоимость. Клапана в головке также отсутствуют.

Верхнеклапанная головка [ править | править код ]

Может быть индивидуальной для каждого цилиндра, в этом случае привод клапанов осуществляется штангами от расположенного в блока распредвала, либо общей для ряда цилиндров (блок может иметь один или несколько таких рядов). В случае общей головки количество вариантов её компоновки увеличивается: привод клапанов от штанг, верхний распредвал (OHC) или два верхних распредвала (DOHC).

Индивидуальные головки со штангами чаще применяют в дизелях, так как инерционные силы при меньшем числе оборотов не так велики, плюсом является меньшая масса каждой головки (облегчен монтаж). Крупноразмерные двигатели всегда имеют индивидуальные головки.

Общие головки с одним распредвалом обеспечивают управление двумя (реже четырьмя) клапанами на цилиндр, но сложны в разборке. Чаще всего имеют ручную регулировку зазоров.

Головки с двумя верхними распредвалами наиболее просто обеспечивают установку 4 клапанов на цилиндр и подачу масла к гидрокомпенсаторам. Осложняет дело лишь необходимость привода обоих валов от цепи/зубчатого ремня. Но в некоторых конструкциях валы соединены шестернями, и приводится один из них; ранние варианты имели шестерёнчатый привод от коленвала через вертикальные валики.

Неисправности [ править | править код ]

• прорыв газов из-за искривления плоскости газового стыка, коррозии, срыва крепежа;
• трещины между сёдлами, выпадение седла;
• износ посадочного диаметра под распредвал или толкатели;
• износ направляющих клапанов;
• обломы крепежа, срыв резьб под свечу или болты, трещины вне газового стыка.

Также можно считать неисправностями головки в сборе поломки/износ входящих в узел деталей (клапана, пружины, рокеры, компенсаторы).

В случае прорыва газов головку чаще всего фрезеруют, допустимое отклонение от плоскости (порядка 0,15 мм в среднеразмерных моторах) проверяют линейкой с набором щупов. Срывы резьбы под свечу устраняют установкой ввёртыша, сорванный крепёж заменяют ремонтными шпильками. Изношенные направляющие клапанов меняют, трещины вне газового стыка обычно могут быть заварены.

Трещины между сёдлами, по мере их развития, ведут к прорыву газов в рубашку охлаждения и отказу двигателя. Обычно эти трещины, и другие проходящие через газовый стык служат основанием для замены головки. Но в некоторых случаях, на свой страх и риск, также могут быть заварены.

Износ постелей под распредвал ведёт к стуку и снижению давления масла. Диаметр восстанавливают бронзовыми или дюралевыми втулками, развёртываемыми по месту (в качестве развёртки обычно используют старый распредвал с "фрезерными" зубчиками). В случае съёмных крышек опор распредвала, они могут быть осажены на абразивном камне (с контролем диаметра после затяжки).

В случае разрушений поршня, колец, седла клапана головка получает сильные повреждения, обычно приводящие к её замене. Сильная коррозия от воды или повреждения от детонации также могут сделать ремонт невозможным. Выпавшее седло, при отсутствии других неприятностей, заменяют новым или высверленным с другой головки. Для установки охлаждают в парах жидкого азота, а после дополнительно зачеканивают. Трещина между сёдлами всегда ослабляет их посадку.

Галерея [ править | править код ]

ГБЦ с двумя распредвалами и гидрокомпенсаторами

Двигатель любого транспортного средства представляет собой достаточно сложный технический агрегат, состоящих из многих механизмов. И каждый из них выполняет свою функцию, направленную на обеспечение движением авто. Предлагаем вам узнать, что представляет собой головка блока цилиндров, зачем она нужна и из каких элементов состоит.

Понятие ГБЦ

Для начала обратимся к расшифровке. ГБЦ — это головка блока цилиндров, которая представляет собой основной узел любого транспортного средства. Его предназначение заключается в контроле происходящего в двигателе процесса сгорания топливной смеси и выводе отработанных газов. По сути ГБЦ — это конкретно крышка, которая закрывает непосредственно блок цилиндров.

Схема всех компонентов ГБЦ

ГБЦ может изготавливаться из алюминиевого сплава или легированного чугуна. Когда процесс литья ГБЦ завершен, она подвергается процедуре искусственного старения, это делается с целью избавления компонента от остаточного напряжения. В том случае, если мотор однорядный, то на нем будет установлена одна головка блока цилиндров. Если же он W-образный, то на каждый отдельный ряд цилиндров будет установлена отдельная головка блока.

Очень важно, чтобы головка блока была надежно уплотнена непосредственно с блоком. Именно для этого нижняя часть элемента делается чуть шире, чем верхняя. Прокладка головки блока цилиндров используется для уплотнения двух частей блока.

Монтаж и фиксация ГБЦ происходит при помощи направляющих штифтов, предназначенных для закрепления головки. Непосредственно монтаж является особо важной процедурой, которая осуществляется согласно регламенту, указанному для каждого отдельного авто. Этот регламент является индивидуальным, поэтому устанавливать головку на «Жигули» и пользоваться инструкцией от иномарки крайне не рекомендуется. Что касается непосредственно штифтов, то они должны устанавливаться и затягиваться в определенной последовательности, при этом должен соблюдаться момент затяжки. Для этой цели используется специальный динамометрический ключ.

Помните о том, что при затяжке винтов необходимо руководствоваться технологией, а не применять грубую силу, поскольку это может привести к необратимым последствиям.

Это может стать причиной деформации ГБЦ. Внутри головки установлено множество различных элементов, которые скрыты крышкой, но о них мы расскажем далее. Работоспособность этого элемента определяет функционирование двигателя автомобиля в целом, это нужно знать и понимать.

Конструкция головки блока цилиндров и ее основные детали

С тем, что такое ГБЦ, мы разобрались. Теперь хотелось бы подробнее остановиться на конструкции и основных компонентах этого узла. Ниже будет рассмотрена основная информация о деталях, из которых состоит головка блока.

В отличие от сегодняшний ГБЦ, раньше эти элементы изготавливались из чугуна. В принципе, и сегодня в мире достаточно автомобилей, в которых установлены чугунные головки. Это связано с тем, что чугунные ГБЦ более подходят для тех транспортных средств, которые функционируют в сложных температурных режимах. Чугун может противостоять сильному холоду и знойной жаре, в то время как алюминиевые компоненты зачастую подвергаются деформации и термической усадке.

Так выглядит ГБЦ в разобранном и демонтированном виде

Отдельно следует остановиться на прокладке устройства. Прокладка ГБЦ изготавливается из армированного асбеста. Это делается с той целью, чтобы она могла выдержать не только высокую температуру, которая характерна для работы двигателя, но и высокий уровень давления. При этом асбестовая прокладка ГБЦ в состоянии обеспечить высокий уровень герметичности каналов охладительной системы, масляного провода, а также камеры сгорания.

Что касается остальных компонентов, об этом мы расскажем далее.

Устройство и расшифровка механизмов приведены ниже:

1. Прокладка — как вы поняли, выполняет очень важную роль в функционировании двигателя внутреннего сгорания.
2. ГРМ (расшифровка — газораспределительный механизм).
3. Картер (расшифровка — корпус ГБЦ). В картере расположены все узлы и механизмы данного устройства, а также патрубки охладительной системы, каналы масляного провода и, собственно, камера сгорания.
4. Специальные резьбовые выходы, в которые устанавливаются форсунки или свечи зажигания.
5. Непосредственно камера сгорания, в которой осуществляется процесс воспламенения горючей смеси, что позволяет автомобилю двигаться.
6. Привод ГРМ.
7. Также здесь расположены и посадочные плоскости вместе с резьбовыми креплениями, позволяющими крепить впускной и выпускной коллекторы.

Остановимся подробнее на этих компонентах. Клапаны головки блока цилиндров расположены в одном ряду. Угол их наклона по отношению к плоскости цилиндров составляет 20 градусов. В некоторых современных автомобилях устройство немного другое, но в большинстве случаев расположение клапанов именно такое.

Перейдем у передней части ГБЦ. Если ее разобрать, то вы увидите, что в ней находится специально отведенное место для установки цепного привода ГРМ и натяжителя цепи. Собственно, именно здесь эти компоненты и расположены. Что касается камер сгорания, то они плотно прилегают к блоку, а для этого специально обрабатываются механическим способом. По размерам площадь камер сжатия немного меньше, чем размеры днища у поршней. Это делается для того, чтобы при работе двигателя внутреннего сгорания, когда поршни поднимаются вверх, обеспечивалось интенсивное завихрение рабочей смеси мотора. Соответственно в результате этого улучшается и сама процедура сгорания горючей смеси.

С левой части ГБЦ вы можете увидеть четыре отверстия для свечек или форсунок системы зажигания. С обратной, правой стороны, расположен специальный фланец, на который крепится выпускной и впускной коллекторы. Рядом с этим фланцем вмонтированы и патрубки охладительной системы, по которым курсирует антифриз.

На верхней части ГБЦ установлены специальные отверстия, в которые устанавливаются направляющие втулки, опорные шайбы, устройства опор рычагов, а также корпус подшипников распределительного шкива. Сверху самой ГБЦ устанавливается специальная крышка, которая крепится при помощи восьми винтов.

Также следует отметить, что в головке расположены и несъемные компоненты:

• в первую очередь, это седла клапанов, предназначение которых заключается в обеспечении герметичности устройства ГРМ;
• а также направляющие втулки клапанов.

Важно понимать, что данные компоненты устанавливаются методом прессовки в структуру ГБЦ. Соответственно, в домашних условиях из замена будет невозможной — это можно осуществить исключительно с использование необходимого термического оборудования, а также специализированного инструментария.

Некоторые гаражные «умельцы» все-таки практикуют этот ремонтный процесс у себя дома, но делать этого крайне не рекомендуется, поскольку неравномерный нагрев может привести к последствиям:

1. ГБЦ может изменить геометрию своей структуры, в результате чего будет нарушена плоскость ее прилегания к самому блоку.
2. ГБЦ попросту придет в негодность от неправильного нагрева.
3. В структуре головки могут появиться микротрещины, избавиться от которых будет очень тяжело.

В целом проведение таких работ в домашних условиях чревато тем, что устройство попросту придется в негодность и не останется ничего другого, как сдать его на металлолом. Разумеется, грамотный специалист при наличии необходимого оборудования может попытаться исправить проблему, но это получается не всегда. Поэтому рекомендуем вам прислушаться к нашим советам.

Техническое обслуживание и диагностика

Как известно, все механизмы транспортного средства рано или поздно будут нуждаться в диагностике и техническом обслуживании. В этом случае ГБЦ не является исключением. Первоочередной задачей любого автомобилиста в этом вопросе является периодическая диагностика тех компонентов головки, которые нуждаются в этом больше всего. В частности, тех, которые подвержены наибольшим нагрузкам.

• работоспособности клапанов;
• проверке работоспособности сальников клапанов;
• сальников распределительного шкива;
• и, разумеется, самой прокладке ГБЦ.

Пробитая прокладка ГБЦ может стать причиной появления масла в охлаждающей жидкости. И наоборот — попадании антифриза в масляную систему. В результате попадания масла в охладительную систему антифриз будет бурлить (но не кипеть), что приведет к троению двигателя, а со временем — невозможности его запуска. При это хладагент будет выходить из расширительного бачка, а датчик температуры мотора на приборной панели будет показывать кипение двигателя. В свою очередь, попадание хладагента станет причиной заливания свечей зажигания, о чем можно будет догадаться, выкрутив свечку и оценив ее состояние.

В целом на выход из строя элементов головки и на их корректную работу влияют многие факторы, но большинство из них касаются своевременной диагностики и ремонта. Даже такая мелочь, как затяжка штифтов ГБЦ (неправильный момент затяжки или несоблюдение порядка) может стать причиной деформации головки, что может привести и к поломке двигателя.

Для чего проводятся ремонтные работы? Есть множество случае, когда снятие головки неизбежно.

• необходимость расточки цилиндров;
• необходимость опрессовки втулок клапанов или их седел;
• выход из строя клапанов, что подразумевает необходимость их замены или ремонта;
• отшлифовка седел или работы по их доработке;
• необходимость шлифовки самой крышки ГБЦ;
• необходимость замены прокладки головки (если она пробита или пропускает);
• или же при надобности заделывания микротрещин (эта операция может проводиться и без демонтажа ГБЦ).

Так или иначе, но все работы по ремонту и диагностике данного узла должны осуществляться при соблюдении рекомендаций и указаний от производителя вашего транспортного средства. Если вы, не имея знаний и опыта, попытаетесь сделать что-либо самостоятельно и у вас это не получится, то это чревато полной поломкой всего мотора. Наиболее опасным в этом плане является монтаж втулок клапанов. Эта процедура должна осуществляться при нагретой головке, при этом сами монтируемые элементы должны быть холодными, а не нагретыми. Только так можно будет обеспечить надежное натяжение в соединении после того, как температура узла стабилизируется.

Также конструкция ГБЦ позволяет осуществить и замену втулок шкива привода маслонасоса. Данный процесс должен осуществляться методом выпрессовки уже отработавших свой ресурс эксплуатации втулок и монтажа новых компонентов.

В целом в домашних условиях есть возможность заниматься этими работами. Но при том условии, если вы понимаете, что делаете и чем это может быть чревато. Разумеется, в этом случае речь не идет о тех работах, для осуществления которых понадобится термическое или высокоточной оборудование. Но и это возможно только тогда, когда у вас есть определенные знания. Не имея опыта, даже самый новый и высокотехнологичный инструмент не имеет никакой пользы.

Головка блока цилиндров является составной и неотъемлемой частью блока цилиндров. ГБЦ крепится сверху блока цилиндров, и в принципе, выполняет ведущую роль во всем двигателе автомобиля.

Какую задачу выполняет головка блока цилиндров

Без лишнего пафоса и преувеличения можно сказать, что основную. Об этом можно судить по тем механизмам и деталям двигателя, которые размещает в себе головка блока цилиндров.

• Камера сгорания.
• Место для ГРМ (газораспределительный механизм).
• Рубашка охлаждения.
• Места для форсунок либо свечей зажигания.
• Смазочные каналы.
• Впускные и выпускные клапаны.

Выполняется головка блока цилиндров двигателя из алюминиевого сплава, и крепится к блоку цилиндров специальными болтами. К раскрутке и затяжке болтов ГБЦ существуют определенные требования, так как от правильности соблюдения технологии зависит герметичность соединения ГБЦ и блока.

С учетом того, что ремонт ГБЦ зачастую выполняется в гаражных условиях своими руками, нужно знать, что слабая затяжка болтов крепления ГБЦ приводит к пробою прокладки, что чревато не только потерей масла и охлаждающей жидкости, но и приводит к снижению компрессии в цилиндрах двигателя.

А слишком большое усилие при затяжке ГБЦ может вызвать деформацию корпуса головки, и тогда придётся восстанавливать плоскость ГБЦ.

Основные требования к затяжке болтов ГБЦ, это соблюдение схемы затяжки, технологии и момента затяжки болтов. Как правило, для каждого типа двигателей существуют свои параметры затяжки, которых нужно строго придерживаться.

Размещение цепного привода распредвала и натяжителя цепи, предусмотрено в специальной полости в передней части головки блока цилиндров.

Для свечей зажигания выполняются резьбовые соединения в необходимом количестве. Справа ГБЦ выполняются резьбовые отверстия для шпилек крепления коллекторов: выпускного и впускного.

Для таких деталей, как корпуса подшипников распредвала, втулок опор рычагов, опорных шайб клапанных пружин и направляющих втулок клапанов сверху головка блока цилиндров имеет отверстия и площадки.

В месте соединения блока цилиндров и головки блока цилиндров двигателя устанавливается металлоасбестовая прокладка.

Для однорядных двигателей предусматривается одна, общая головка блока цилиндров, для многорядных ГБЦ по количеству рядов.

Сверху ГБЦ закрывает крышка головки блока цилиндров укомплектованная резиновой прокладкой.

Ремонтопригодность головки блока цилиндров

Определённую часть работ по замене или ремонту деталей ГБЦ, можно производить без съёма головки. Снимается крышка ГБЦ и производится регулировка клапанов замена колпачков и т.д.

Головку блока цилиндров демонтируют в том случае, когда работы не требуют снятия с автомобиля всего двигателя: замена направляющих втулок клапанов, удаление нагара, замена шпилек подшипников, притирка клапанов и т.д. В случае если требуется расточка блока или гильзование, то двигатель демонтируется полностью.

Все ремонтные работы головки блока цилиндров двигателя обязаны выполнятся в строгом соответствии с инструкциями производителя. Самодеятельность может обойтись выходом из строя всего двигателя.

Направляющие втулки клапанов и сёдла должны вставляться в нагретую ГБЦ в охлаждённом виде. Это позволяет, после выравнивания температур, обеспечить качественное натяжение в соединении.

В головке блока цилиндров двигателя предусматривается возможность заменить биметаллические втулки вала привода масляного насоса. Замена производится способом выпрессовки старых втулок и установки новых.

Удачи вам в практическом постижении устройства головки блока цилиндров.