С некоторых пор в технической литературе используется аббревиатура ГБЦ. Не все водители, особенно начинающие, знают, что в машине. И только тогда, когда будет выяснена суть этой аббревиатуры.
Головка блока цилиндров: конструкция, как работает, какие бывают проблемы
Головка блока цилиндров (головка блока цилиндров) иногда рассматривается как нечто вроде крышки картера двигателя. Ну да, там есть какие-то детали, но в основном это просто закрыть блок и при необходимости вскрыть его для ремонта. По сути, это важный узел двигателя, с определенным назначением и определенными функциями.
Основные функции головки блока цилиндров:
- Расположение деталей газораспределительного механизма (ГРМ), а также каналов подачи топлива и отвода продуктов его сгорания.
- Гарантия газодинамических параметров порции воздуха.
- Участие в формировании камеры сгорания и ее герметичности.
- Подача и отвод масла для распределительных частей.
Правильно рассчитанная ГБЦ играет важную роль в обеспечении соответствия машины принятым нормам по количеству выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.
Конструкция ГБЦ обусловлена работой двигателя внутреннего сгорания. Последний получает энергию от сгоревшего топлива и преобразует ее во вращение коленчатого вала. Поэтому головка блока цилиндров должна иметь:
- Места для форсунок или свечей зажигания.
- Камера, в которой будет сжигаться топливо.
- Седла клапанов и направляющие.
- Места крепления элементов ГРМ.
- Рубашка охлаждения.
- Смазочные каналы.
Помимо перечисленных выше пунктов, в зависимости от конструкции ГБЦ, существуют и другие. Например, пластиковая или штампованная металлическая крышка с заливной горловиной и пробкой защищает от механических повреждений. Герметичность внутреннего объема обеспечивают прокладки. Детали ГРМ: поперечины, клапана с пружинами и сухарями, коромысла с регулировочными винтами, гидрокомпенсаторы. Бюстгальтеры также включены.
Для того чтобы бензин или дизельное топливо сгорали наилучшим образом, тем самым обеспечивая топливную систему заданными параметрами газодинамики, диаметр впускных клапанов, по сравнению с выпускными, несколько больше. Крестовина нужна, когда на 16-клапанной ГБЦ нужно открывать одновременно два клапана с одного штока.
Гидравлический компенсатор может поставляться с коромыслом. Для возврата открытого клапана в исходное положение предусмотрены пружины. Свечи зажигания устанавливаются на двигатели, работающие на газе или бензине, форсунки на дизельные двигатели.
Используемые материалы
К материалам изготовления головок цилиндров предъявляются достаточно жесткие требования. Это потому, что в этом узле есть синхронизация с входными и выходными каналами. Таким образом, топливная смесь и горячие газы проходят через головку блока цилиндров. Это означает, что металл работает в условиях высокой температуры и давления, постоянно контактирует с химически агрессивной жидкостью в виде аэрозоля. Для решения этих задач для головок двигателей автомобилей используют:
- Алюминий. Этот металл хорош тем, что он легкий, дешевый и хорошо проводит тепло. Поэтому термическая нагрузка на стенки всегда невелика, поэтому детонации не возникает даже в двигателях с очень высокой степенью сжатия. Двигатели в ГБЦ из этого материала отличаются высокой мощностью и экономичностью. В изготовлении и ремонте они более удобны, так как легко обрабатываются.
- Расплавленное железо. Он может быть легированным или серым. В обоих случаях это материал со значительным удельным весом и, следовательно, массой (по сравнению с алюминием он примерно вдвое тяжелее). Еще одним недостатком является подверженность коррозии. Из положительных качеств стоит отметить большую прочность и термостойкость. Очень часто из этого материала делают головки блока цилиндров дизельных двигателей, особенно для тракторов. Это связано с тем, что детонационные характеристики дизельных двигателей превышают прочностные параметры алюминиевых ГБЦ, поэтому последние быстро ломаются.
В дизельных двигателях с воздушным охлаждением головка блока цилиндров иногда изготавливается таким образом, чтобы сочетать термостойкость с высокой теплопроводностью. Затем основание головки и выпускные клапаны отливают из чугуна. А все остальное сплошь из алюминиевого сплава. Получается неплохо.
Несмотря на постоянное чередование циклов «нагрев — охлаждение», ГБЦ деформируется гораздо меньше. И у нее очень хорошая теплоотдача. В форсированных дизелях, работа которых характеризуется высокими термическими нагрузками, применяют специальные алюминиевые сплавы.
«Двигатель 4SFE на Toyota-Corona-ST190 1995 года нуждался в ремонте. Самое сложное было с задницей. Необходимо было обработать фаски седел и клапанов. Нет ни сервисов с нормальными специалистами, ни приличного оборудования. Все, что есть в продаже, чрезмерно дорого. В итоге я сделал это сам. Сейчас все работает».
Видео о ГБЦ
Читайте также: Что такое ЭБУ в автомобиле, как он работает и зачем нужен.
Корпус головки блока цилиндров (картер) получают литьем и последующей металлообработкой (фрезерованием, сверлением). В корпусе изделия имеются каналы циркуляции охлаждающей жидкости, маслопроводы для смазки основных узлов, отдельные камеры сгорания для каждого из цилиндров. Кроме того, в картере имеются отверстия для установки свечей зажигания или форсунок (для дизелей). По своей конструкции головка считается сложным узлом, включающим в себя несколько различных механизмов.
- Механизм газораспределения, обеспечивающий отвод выхлопных газов. Клапаны системы газораспределения открываются в четкой последовательности, в зависимости от стадий работы каждого отдельного цилиндра.
- Привод газораспределительного механизма, обеспечивающий открытие клапанов в необходимый момент.
- Площадки для крепления впускного и выпускного коллекторов, обеспечивающих подачу топлива и выхлопных газов.
- К неподвижным элементам головки блока цилиндров относятся направляющие втулки и седла клапанов. Эти элементы обеспечивают герметизацию газораспределительного механизма. Монтаж этих деталей производится методом горячего прессования, сделать это своими руками практически невозможно, тем более без специального оборудования, особенно в условиях частного гаража.
Каждый из вышеперечисленных узлов отвечает за работоспособность двигателя в целом, и выход из строя любого из них приведет к более серьезной поломке. В видео ролике ниже вы можете увидеть работу всех элементов приклада в движении.
Читайте также: Что такое ДМРВ и какие функции он выполняет в автомобиле.
Как правильно установить ГБЦ
Головка блока цилиндров, прокладка головки блока цилиндров и блок цилиндров).
Поскольку головка блока цилиндров имеет множество каналов для движения смазочных материалов, охлаждающих жидкостей, выхлопных газов, важнейшим условием правильной установки является надежное уплотнение в месте соединения с блоком цилиндров. Делается это путем установки специальной прокладки из армированного асбеста. Такой материал способен выдерживать высокие температуры и значительное давление рабочих жидкостей и выхлопных газов. Обратите внимание, что прокладка ГБЦ одноразовая, ее повторное использование не может гарантировать надежную герметизацию стыка с блоком цилиндров.
Идеальная посадка головки и обжатие асбестовой прокладки достигается затяжкой установочных болтов или гаек на шпильках. Учитывайте тот факт, что любые перекосы при этих операциях приведут к недостаточной герметизации соединения. Именно поэтому затяжку необходимо производить с определенным усилием, которое необходимо контролировать динамометрическим ключом. Кроме того, каждую шпильку необходимо затягивать строго в определенном порядке, нарушение которого также вызовет проблемы с недостаточной герметизацией.
При постоянной эксплуатации необходимо обращать внимание именно на прилегание головки блока цилиндров к поверхности блока цилиндров. Появление потеков масла, охлаждающей жидкости свидетельствует о ненадежной герметизации соединения. В этом случае необходимо подтянуть головку по новой.
При техническом обслуживании обязательно проверяйте состояние наиболее сильно нагруженных элементов ГБЦ. Обязательно оцените состояние клапанов, распредвала, не упустите из виду целостность уплотнительных втулок.
Все работы, связанные с ремонтом ГБЦ или заменой отдельных ее механизмов, можно провести самостоятельно только при наличии соответствующего опыта. Помните, любая небрежность и несоблюдение технологии установки приведет к более серьезной поломке двигателя. Да и стоимость такого ремонта будет существенно выше. Поэтому ремонт ГБЦ доверяйте только профессиональному автослесарю с опытом и соответствующим оборудованием.
При постоянной эксплуатации необходимо обращать внимание именно на прилегание головки блока цилиндров к поверхности блока цилиндров. Появление потеков масла, охлаждающей жидкости свидетельствует о ненадежной герметизации соединения. В этом случае необходимо подтянуть головку по новой.
От простого к сложному
Ранние головки блока были больше похожи на то, что сейчас называют клапанной крышкой, только толще и прочнее. С тех пор ситуация сильно изменилась. Что такое головка блока цилиндров в автомобиле современной конструкции? Вы можете узнать это, немного покопавшись в истории проблемы.
Нижнеклапанные и двухтактные
Эти двигатели принципиально не сложны, поэтому их головки представляли собой просто пластину, закрывающую блок цилиндров. Напротив каждого поршня на пластине имелись резьбовые отверстия для свечей зажигания. В блок были включены все впускные и выпускные каналы, ГРМ, камера сгорания. Единственным занятием ГБЦ был отвод тепла, для чего в ней проделывали водяные каналы или отливали ребра воздушного охлаждения.
Простота головок не мешала двухтактным двигателям, но наличие клапанного механизма в четырехтактных двигателях с таким расположением и простота головок сильно ограничивали прирост показателей мощности, разве что наличие мог бы помочь нагнетатель, поэтому клапаны просто попросили конструкторов перенести их на ГБЦ.
Верхние клапаны со штанговым приводом
Сначала один, а затем и оба клапана переместились вверх, что позволило значительно улучшить работу двигателей. При этом голова уже стала напоминать то, что мы имеем сейчас. В нем образовались газовые каналы, появился газораспределительный механизм, хотя привод клапанов по-прежнему осуществлялся от распределительного вала, расположенного внизу, через разную длину штока. Иногда их удавалось сделать короткими, но чаще они были такими, что создавали вибрации на больших скоростях. Это снизило скорость двигателей.
OHC и DOHC
Все проблемы кардинально решили с переносом распредвалов на головку. Иногда был один, работал в случаях использования двух-трех клапанов на цилиндр, но только система DOHC допускала очень хорошее наполнение цилиндров, что означает наличие двух распредвалов в головке блока и минимум четырех клапанов на цилиндр цилиндр. Плотная компоновка проходных отверстий для газообмена в камере сгорания, которая теперь также в основном располагалась в головке блока цилиндров, позволила максимально открыть порты большой площади для быстрого отвода выхлопных газов и получения новая часть топливной смеси.
Конструктивное исполнение
Узел полностью приобрел тот вид, в котором он существует сегодня в большинстве автомобилей. Заголовок блока теперь включает:
- камера сгорания, иногда очень странной формы, для полной оптимизации процесса сгорания с точки зрения эффективности и мощности;
- одна свеча зажигания, обычно по одной на цилиндр, хотя эксперименты с парой свечей продолжаются;
- весь набор клапанов, от двух до пяти на цилиндр;
- механизмы регулировки клапанных зазоров, от простейших, в виде подобранных по толщине толкателей, до гидравлической компенсации путем впрыскивания в толкатель масла под давлением;
- распределительные валы, вращающиеся в станинах, отлитых из материала головки, смазываемые под давлением общей системой смазки двигателя;
- фазорегуляторы или фазовращатели на концах распределительных валов, служащие для управления моментом срабатывания клапанов в зависимости от частоты вращения;
- иногда достаточно сложные системы управления подъемом клапанов, улучшающие работу при частичной нагрузке;
- отлить свечные колодцы в ГБЦ между распредвалами, так как свечи теперь очень глубокие из-за большего размера узла.
Головку обычно отливают из алюминиевого сплава, так как при малой плотности и, следовательно, массе она имеет такой же коэффициент теплового расширения, как чугун, отлитый со сталью. Хотя бывают и чугунные, солидные, но очень надежные.
Направляющие клапанов из стали или латуни, а также чугунные гнезда под тарелки клапанов прессуются из литого алюминия. Эти детали можно заменять по мере износа.
К сожалению, этого нельзя сказать о подшипниках распредвала, которые просто выточены из сплава, без применения сменных вкладышей. Подразумевается, что голову надо менять целиком, и разработчиков не очень волнует цена проблемы.
Весь узел снабжен фланцами, на которые через шпильки устанавливаются впускной и выпускной коллекторы. В последнее время наметилась тенденция интегрировать эти детали в корпус ГБЦ, делая его еще более сложным и дорогим, хотя и немного улучшая экологические показатели двигателя.
Конструкция ГБЦ сильно влияет на мощностные характеристики двигателя. Этому способствуют размеры и гладкость профилей впускного и выпускного каналов, а также общее сечение клапанных тарелок и форма камеры сгорания. Поэтому доработка головки, если она не проводится при проектировании, является одним из важнейших направлений в тюнинге двигателя.
В процессе работы через головку проходят нагретые до высокой температуры выхлопные газы, а также топливная смесь. Поэтому к этому агрегату предъявляются повышенные требования по надежности и износостойкости. В качестве материалов для производства используется чугун или алюминий.
Техническое обслуживание и диагностика ГБЦ
Даже автовладельцы, которые ездят на небольшие расстояния, нуждаются в регулярном уходе за клапанами и их уплотнителями, а также за самими уплотнителями. Что уж говорить о любителях агрессивного стиля вождения!
Особенно проблематична прокладка ГБЦ. При его износе рабочие жидкости вытекают и смешиваются. Попадание антифриза в смазку вызывает нежелательную химическую реакцию. Со временем это приводит к постепенному, но полному разрушению силовой установки. Основной сигнал тревоги подает датчик температуры, сигнализирующий об образовании пара в системе охлаждения двигателя.
Видео: признаки и последствия пробития прокладки гбц
Приблизительная оценка ситуации после снятия свечей зажигания возможна, но, так или иначе, посещение специализированной мастерской по этому поводу не помешает. И не столько из-за того, что там работает обученный персонал, сколько из-за того, что на СТО есть современное диагностическое оборудование, без которого сегодня невозможно обойтись при ремонте автомобиля.
Сзади прикреплен фланец специальной формы. Он соединен с несколькими трубами, идущими дальше по вагону. Там же установлены впускной и выпускной коллекторы.
Функции ГБЦ в автомобиле
Головка имеет в нижней части полости, являющиеся камерами сгорания. Между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров установлена термостойкая прокладка. Его основная функция – подача топлива, удаление выхлопных газов и рабочий процесс сгорания топлива.
Рассмотрим, зачем нужна ГБЦ:
- в верхней части приклада имеется металлическая накладка, выполняющая защитную функцию;
- в верхней части крышки имеется маслоналивная горловина, закрытая резьбовой пробкой;
- место соединения блока цилиндров и головки блока цилиндров уплотнено металлической армированной термостойкой асбестовой прокладкой;
- на головке блока установлен распределительный вал, на котором ремнем (или цепью) и амортизатором закреплена шестерня ГРМ;
- свечи зажигания (в дизелях — свечи накаливания), а также топливные форсунки расположены с левой стороны головки;
- внизу полукруглые отверстия, являющиеся камерами сгорания цилиндров;
- газораспределительный механизм смонтирован на корпусе головки блока цилиндров;
- с правой стороны оголовка имеются площадки и отверстия для подсоединения подводящего и отводящего патрубков.
Техобслуживание и диагностика ГБЦ
Соблюдение температурного режима и своевременное выполнение регламентных мероприятий по обслуживанию обеспечат бесперебойную работу ГБЦ на протяжении всего срока службы двигателя. Основные операции по техническому обслуживанию ГБЦ связаны с газораспределительным механизмом, который подвергается наибольшим механическим и тепловым нагрузкам.
- нормальная работа клапанов;
- контроль эластичности втулок клапанов;
- масляные уплотнения шкива распределительного вала;
- и, самое главное, целостность прокладки ГБЦ.
Повреждение прокладки ГБЦ – самая распространенная неисправность. Он может гореть, и тогда в нем появляются каналы, по которым начинают смешиваться жидкости и газы. Например, охлаждающая жидкость может попасть в камеру сгорания.
Диагностировать такую неисправность можно по белесому цвету выхлопных газов. Если вы сомневаетесь, выкрутите свечи зажигания и внимательно осмотрите их. Один из них (в том цилиндре, где появилась течь) будет отличаться по цвету и состоянию электродов от остальных.
Рекомендуем
Бывает и так, что масло попадает в антифриз. При этом последний теряет свои свойства, и двигатель начинает перегреваться. Охлаждающая жидкость закипает, меняет цвет, начинает вытекать через пробку расширительного бачка или радиатора. При попадании антифриза в масло оно вспенивается, на поверхности образуется эмульсия, при этом смазывающие свойства значительно ухудшаются.
Ранняя диагностика и ранний ремонт неисправности значительно продлят срок службы ГБЦ. После ремонта обратите особое внимание на порядок и момент затяжки болтов крепления головки блока цилиндров. Процесс подробно описан в руководстве по ремонту.
В некоторых случаях ремонт возможен только после разборки головки. Рассмотрим их подробнее:
- расточка и хонингование цилиндров;
- замена направляющих клапанов и их седел;
- замена клапанов или полировка рабочих фасок до седел;
- токарная обработка или шлифовка седел;
- плоскости сопряжения канавок головки блока цилиндров;
- замена пробитой прокладки ГБЦ;
- заварка микротрещин и дефектов корпуса ГБЦ.
Большинство ремонтных работ, связанных с головкой блока цилиндров, требуют высококвалифицированного мастера и специальных инструментов. Поэтому тщательно взвесьте все «за» и «против», прежде чем браться за сложные сделки самостоятельно.
В некоторых случаях ошибка может стать фатальной и придется покупать новую ГБЦ. Наиболее трудоемкая операция связана с разборкой изношенных направляющих втулок и запрессовкой новых.
Перед выполнением операции головку необходимо нагреть до определенной температуры. Превышение температурного порога чревато короблением и выходом из строя. Особенно это касается головок цилиндров из силумина.
Направляющие втулки, напротив, должны быть полностью охлаждены. Термическая деформация металла позволяет установить их на свои посадочные места и при выравнивании температур появляется требуемая герметичность детали.
Гораздо проще выполнить операцию по замене втулок (подшипников скольжения) шкива масляного насоса. По крайней мере, нет необходимости создавать специальный температурный режим сопрягаемых деталей.
Благодаря тому, что всадник может видеть момент достижения необходимого усилия, обеспечивается достаточное натяжение нити и не обрываются витки. Категорически запрещается использовать дополнительное удлинение ключей при завинчивании. Также важно соблюдать последовательность при затягивании гаек шпилек.
Основные проблемы головки блока цилиндров. Последствия и причины нарушения работоспособности
Неправильная затяжка ГБЦ может привести к выходу двигателя из строя и последующему ремонту. В процессе эксплуатации автомобиля могут возникать и другие проблемы в работе головки и других узлов двигателя.
Алюминиевые или чугунные элементы технически сложны. Распространенными причинами обращения в сервисный центр являются:
- прерывание перерезанных проводов в корпусе свечи зажигания;
- выход из строя основных узлов – периодически ломаются клапана, компенсаторы, пружины, коромысла;
- проблемы с целостностью прокладки – основная причина потери герметичности узла;
- ГБЦ «ведет» при превышении рабочей температуры двигателя, могут появиться трещины в кожухе;
- износ постелей распредвалов;
- выпадение седла клапана в одном или нескольких цилиндрах.
Любая из этих проблем требует раннего обращения в автомастерскую для обслуживания и ремонта. Есть и другие причины выхода элемента из строя.
Проблемы с седлом впускного клапана
Нарушение расположения седел на голове приводит к их разрушению. Механизм газораспределения ЦПГ тоже выходит из строя. Для устранения проблемы требуется ремонт силового агрегата.
Потеря герметичности впускных и выпускных клапанов
При нарушении порядка затяжки ГБЦ не выдерживаются геометрические параметры и прикладываемые усилия, нарушается герметичность впускных и выпускных клапанов. В результате компрессия двигателя снижается. Двигатель теряет мощность, его трудно завести в любую погоду.
Потеря герметичности в местах соединения головки и седел
Причиной такого дефекта часто является неплотная посадка седла. Аналогичные проблемы наблюдаются при увеличении шероховатости стен. Система отвода тепла двигателя работает неправильно. Газораспределительный механизм постепенно выходит из строя. Двигатель перестает заводиться и работать.
Потеря герметичности направляющих втулок
При наличии зазоров в месте соединения направляющих втулок с корпусом уплотнение считается нарушенным. Последствия дефекта стандартны: падает компрессия в цилиндрах, увеличивается расход масла в двигателе. Затрудненный запуск двигателя.
Проблемы с уплотнительной прокладкой, прорыв выхлопных газов
При появлении дефектов в прокладке ГБЦ фиксируется проникновение отработавших газов. Двигатель теряет мощность, повышается уровень шума.
Потери герметичности в соединениях и уплотнениях
В бензиновых и дизельных двигателях автомобиля основные проблемы с головкой связаны с потерей герметичности уплотнений. Подобные дефекты фиксируются в следующих местах:
- в месте соединения с блоком по штоковым полостям и отверстиям для слива смазки;
- на стыке ГБЦ с выпускным коллектором;
- в районе головки — клапан блока цилиндров;
- в месте соединения с воздушным коллектором.
Эти неисправности приводят к повышенному расходу масла, потере мощности автомобиля и некорректной работе силового агрегата.
Как выявить проблемы
Своевременная диагностика и техническое обслуживание могут продлить срок службы двигателя. Для проведения ремонтных работ необходимо привлекать квалифицированных специалистов, оснащенных современным оборудованием. Определить поломки, связанные с герметичностью, выходом из строя элементов устройства ГБЦ, целостностью прокладки, можно по следующим признакам:
- возникают трудности при запуске двигателя, двигатель работает нестабильно;
- выхлопные газы становятся белесыми;
- расход моторного масла, топлива увеличивается, мощность падает;
- на стыках ГБЦ с блоком есть пятна жидкости, антифриза или масла.
В бензиновых и дизельных двигателях автомобиля основные проблемы с головкой связаны с потерей герметичности уплотнений. Подобные дефекты фиксируются в следующих местах:
Как проявляется неисправность
Необходимо своевременно выявлять неработоспособность узла. В противном случае поломка приведет к повышенному расходу бензина или даже к полной остановке ДВС, что потребует капитального ремонта. Чтобы своевременно выявить проблему, необходимо обратить внимание на косвенные признаки явления:
- подтеки масла под прокладкой;
- на зонде при диагностике имеется небольшое количество белой пены;
- выхлопы теряют прозрачность, а в трубе появляется старая дымка;
- на радиаторе и расширительном бачке видны пятна и масляные потеки.
При выявлении одного из признаков рекомендуем обратиться на СТО для диагностики состояния всех узлов. Также можно выявить перфорированный шов, в котором нарушена целостность. При его установке не должно быть посторонних предметов с одной стороны между ним и головкой блока цилиндров, а также между прокладкой и блоком. При вкручивании шпилек нужно оберегать прокладку от повреждений, так как это сократит срок ее службы.
Нестандартный звук в виде странного стука свидетельствует о повреждении. Полный разрыв прокладки может привести к остановке двигателя и повреждению головки блока цилиндров. Чаще всего проблемы возникают в следующих случаях:
- перегрев силовой установки;
- неправильная установка самой прокладки;
- более высокие значения сжатия.
Каким образом вычистить головку блока цилиндров
Чтобы избавиться от нагара на металлической части головы, можно использовать различные химические средства. Достаточно устойчив к большинству слабоагрессивной бытовой «химии». Опытные автолюбители используют следующие составы:
Главное, использовать средства индивидуальной защиты от химикатов. Также необходимо будет тщательно промыть металл от любых следов очистителя.
