Каждый двигатель внутреннего сгорания содержит головку блока цилиндров (ГБЦ) — важную деталь, которая вместе с днищем поршня образует камеру сгорания, и играет важную роль в работе отдельных систем силового агрегата. Все о ГБЦ, их типах, конструкции, применимости, ТО и ремонте читайте в этой статье.
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров является одной из самой важной деталью двигателей внутреннего сгорания. Обычно это монолитная деталь (также может быть в разделенном виде) из сплавов алюминия (или чугуна), которая является корпусной деталью для газораспределительных механизмов и формирует верхнюю часть камеры сгорания. Как правило устанавливается на блок цилиндров через прокладку и крепится при помощи болтов.
Головка блока цилиндров. Общий вид, 3D модель
Назначение головки блока цилиндров
Головка блока берет на себя обязанности по выполнению таких важных функций, как обеспечение базировки и размещения компонентов газораспределительного механизма, элементов подвода и отвода топлива, обеспечение газодинамических характеристик воздушного заряда, отвод из камеры сгорания продуктов горения, формирование камеры сгорания и обеспечение ее герметичности, отвод и подвод масла для компонентов газораспределительного механизма (ГРМ). Также головка блока цилиндров (ГБЦ) является важным элементом, благодаря, которому обеспечивается соответствие автомобиля экологическим стандартам по уровню выброса вредных веществ.
Головка блока цилиндров в разрезе. Установка форсунки Чтобы понять принцип работы головки блок цилиндров необходимо знать её составляющие. Итак, в состав ГБЦ входят: седла клапанов, направляющие втулки, коромысло клапана, гидрокомпенсатор (иногда идет в составе с коромыслом), траверса (если есть необходимость открытия двух клапанов одновременно при наличие одной штанги на два клапана на шестнадцати клапанной головке блока), пружины для возврата клапанов в исходное положение, свечи зажигания (для бензиновых и газовых двигателей), топливные форсунки (преимущественно используются в дизельных двигателях), впускные клапана и выпускные клапана (обычно диаметр впускных клапанов больше, чем у выпускных, так как отверстие на головке блока должно иметь определенный диаметр, с целью обеспечения необходимых газодинамических характеристик воздушного заряда, для более полного сгорания воздушно-топливной смеси).
Головка клапана имеет конусообразную фаску, сделанную под углом 30 или 45 градусов. Эта фаска является рабочей поверхностью клапана и прилегает к фаске седла клапана. Обе фаски тщательно обрабатываются и притираются для плотного прилегания.
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.
Вследствие такого широкого набора функций к ГБЦ предъявляются жесткие требования, и ее конструкция бывает довольно сложной. Также сегодня существует множество типов головок, в которых описанный функционал реализуется в той или иной мере.
Гильзы
Гильзы применяются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее стоек к нагрузкам и тяжелым температурным режимам, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние выполняются путем запрессовки в блок. Также гильзы делят на «мокрые» и «сухие». «Мокрыми» называют гильзы, которые непосредственно соприкасаются своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения блока. Таким образом, достигается лучшее охлаждение. «Мокрые» гильзы легко заменить. Часто их применяют на сельхозтехнике, тягачах и другом спецтранспорте.
«Сухие» гильзы чаще всего несъемные и запрессованы в тело цилиндра, что обеспечивает цельность и жесткость всего блока. Но «сухие» гильзы хуже отводят тепло, чем «мокрые».
Расточка и гильзовка блока цилиндров
После появления дефектов и выработки на стенках применяют расточку цилиндров. Со стенок снимается металл определенной толщины, а затем устанавливаются другие ремонтные поршни и кольца под новый размер. Число расточек ограничено, так как объем постепенно увеличивается, а прочность снижается.
После максимального числа расточек применяют гильзовку. Это сложный процесс, который можно сделать только при наличии специального оборудования. «Мокрые» гильзы поменять намного легче, даже в полевых условиях. Если установлены «сухие» гильзы или это монолитный чугунный блок, то он растачивается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а новая гильза охлаждается. Так достигается наиболее плотная и точная посадка.
Головки блока цилиндров отличаются конструктивным исполнением, типом и расположением камеры сгорания, наличием и типом ГРМ, а также назначением и некоторыми особенностями.
Конструкция головки, основные детали ГБЦ
Поскольку площадь основания головки, как и самого блока цилиндров, достаточно велика, при их креплении необходимо минимизировать возможность деформации, для чего используется определённая схема затяжки с конкретным моментом усилия. А поскольку конструкция головки может сильно различаться, не существует универсальной последовательности затяжки, она определяется индивидуально для каждой модели силового агрегата. В настоящее время чугунные ГБЦ постепенно уступают пальму первенства головкам из чугуна, но полный переход на этот более лёгкий материал пока невозможен, поскольку чугун менее подвержен термоусадке и другим видам деформации, характерным для экстремальных температурных режимов. Для рядных моторов характерен один корпус ГБЦ, покрывающий все цилиндры, в V-образных СА имеются две рядные головки. Обязательным атрибутом головки БЦ является армированная прокладка, изготовляемая из материала, аналогичного асбесту, способная противостоять высокому давлению газов и высокотемпературному воздействию, предотвращая утечки смазочной жидкости и тосола и гарантируя герметичность камеры сгорания. Рассмотрим, из чего состоит ГБЦ. Типовой состав среднестатистической головки:
- картер головки – корпус сложной геометрической формы, в котором располагаются все основные детали ЦПГ, каналы систем смазки/охлаждения, а также собственно камера сгорания;
- полости для установки форсунок (инжекторные СА) или СЗ в случае карбюраторных моторов;
- прокладка, устанавливаемая между ГБЦ и ГБ;
- полость камеры сгорания, где воспламеняется ТВС;
- газораспределительный механизм вместе с его приводом;
- крепления для установки коллекторов;
- посадочные места;
- направляющие втулки клапанов.
Седла клапанов также впрессовываются в картер ГБЦ «горячим» способом, обеспечивая требуемую герметичность ГРМ. Их замена возможна, но требует использования специального оборудования, что в гаражных условиях практически неосуществимо.
Правила эксплуатации ГБЦ
В целом головка БЦ – достаточно надёжный агрегат, ресурс которого может достигать полмиллиона километров. Однако головки блоков не вечны, они могут выходить из строя как из-за естественного износа, так и в результате неправильной эксплуатации транспортного средства и его силового агрегата. Продление срока службы ГБЦ связано с выполнением достаточно простых и хорошо известных рекомендаций:
- вовремя и в полном объёме приводить регламентные ТО автомобиля;
- не допускать сверхнагрузок на силовой агрегат и его отдельные компоненты;
- следить за уровнем технических жидкостей (системы смазки/охлаждения), поскольку перегрев – наиболее частая причина поломок головки.
Важно знать, что головка блока цилиндров, подвергшаяся перегреву, требует тщательной диагностики её состояния, поскольку, чем раньше вы отыщете дефекты, тем дешевле обойдутся реанимационные мероприятия. Однако многие обнаруженные проблемы могут потребовать полного демонтажа ГБЦ, в частности:
- нарушения геометрии цилиндров, требующие расточки;
- проблемы с клапанами;
- деформация поверхностей сопряжения;
- пробой прокладки;
- появление микротрещин на поверхности картера.
