Что такое головка блока цилиндров. Каким нагрузкам подвергается ГБЦ во время работы двигателя

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 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 - это важнейшая деталь для каждого современного укомплектовываются абсолютно все силовые установки, будь это дизельный автомобиль или бензиновый. Конечно, различия между ними есть - и вид топлива, однако устройство и принцип работы головки блока от этого не изменяются. Поэтому сегодня мы разберем общую конструкцию данного элемента.

и принцип работы

Несмотря на свою важность в работе двигателя, головка блока цилиндров имеет вполне простую конструкцию. Данный механизм состоит из таких частей, как:

клапаны газораспределения, а именно впускной и выпускной;
свечи зажигания (в случае с бензиновым) либо форсунки (в случае с дизельным двигателем);
блок камеры сгорания топливно-воздушной смеси.

Исходя из фото, предоставленного в самом начале статьи, мы видим, что представляет собой конструктивную часть двигателя (по сути, большую алюминиевую крышку) с запрессованными седлами клапанов и направляющими втулками. Следует отметить, что оси этих деталей должны полностью совпадать друг с другом, иначе в противном случае весь кривошипно-шатунный механизм выйдет из строя.

Головка ДВС и блок конструктивно соединяются между собой при помощи специальной огнеупорной сталеасбестовой прокладки. Последняя исключает возможность выхода газов через место соединения устройств и потерю компрессии. Следует отметить, что данная прокладка, несмотря на свою примитивную конструкцию, очень важна для автомобиля. В случае потери ее герметизационных свойств может ухудшиться работа всего двигателя. Вначале произойдет явление компрессии, мотор потеряет свою мощность, а затем и вовсе может прекратить работу. Тяга автомобиля прекращается из-за несанкционированного выхода газов из камеры. А учитывая то, что внутри ДВС образуется высокая степень сжатия (порядка 2 тысяч атмосфер на дизельных и 100 на бензиновых моторах), потеря мощности может быть существенной.

Головка блока цилиндров (ГАЗель 3302 в том числе) также входит в состав КШМ, поэтому ее взаимосвязь с двигателем является непосредственной.

Особенности технического обслуживания

Каждая деталь, какой бы надежной она ни была, рано или поздно подвергается износу, несмотря на то что головка блока цилиндров (ВАЗ-2110 в том числе) может прослужить от 200 до 400 тысяч километров. Это не исключает возможности ее деформации и износа ранее. Как правило, это происходит вследствие частого но ГБЦ может сломаться и по причине несвоевременной замены прокладки. Поэтому, чтобы головка блока прослужила как можно дольше, во-первых, не перегревайте мотор и не пытайтесь охлаждать его водой сверху. Во-вторых, регулярно меняйте и проверяйте состояние прокладки. То же самое относится и к крепежным болтам. Далее не забывайте о сезонной чистке клапанов впускного и выпускного такта он нагара. При соблюдении этих простых советов ваш двигатель прослужит долго и без всяких поломок.

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