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.
Устройство головки блока цилиндров. Конструкция.
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).
Схема ГБЦ
Схема головки блока цилиндров в разарезе. Схема, состав компонентов: 1-распределительный вал, 2-нижний наконечник штанги толкателя, 3- штанга толкателя, 4- верхний наконечник штанги толкателя, 5- винт регулировочный, 6- коромысло клапана, 7- стойка коромысла, 8- прокладка крышки, 9- крышка ГБЦ, 10- болты крепления крышки, 11- траверса, 12- пружина клапана, 13- сухарь клапана, 14- болт крепления ГБЦ к блоку, 15- направляющая клапана с маслоотражающим колпачком, 16- клапан головки блока цилиндров, 17- седло клапана,18- головка блока в разрезе, 19- прокладка головки блока цилиндров, 20- гильза. Прокладка головки блока цилиндров Материал изготовления ГБЦ может быть как алюминиевым, (например, головка блока цилиндров ВАЗ 2109) так и чугунным (дизеля).
Обычно для производителей алюминиевые головки блока цилиндров приоритетнее, потому как они более удобные в производстве, обработке и ремонте. Но на некоторых дизельных двигателях используются чугунные головки, так как детонационные свойства дизельного топлива превышают прочностные характеристики алюминиевых головок, что приводит к сокращению срока службы или разрушению последних.
Также ГБЦ можно разделить на два вида это — индивидуальные головки и моноголовки. У первого вида есть ряд преимуществ, в первую очередь связанные с ремонтопригодностью, простотой и низкими затратами при обслуживании. Но большинство мировых производителей автомобилей и автокомпонентов отдают предпочтение моноголовкам, которые также имеют свои преимущества. Сложность конструкции этого вида обусловлена базировкой распределительного вала (или двух распределительных валов, что дает возможность использовать насос-форсунку (при использовании топливной системы Common Rail) и сэкономить место в блоке) в самой ГБЦ. Ниже вы найдете видео работы головки блока цилиндров.
Принцип работы головки блока цилиндров.
Головка блока цилиндров. Вид снизу. Если кратко описать как работает головка блока цилиндров то получится, что она формирует камеру сгорания, подает камеру сгорания двигателя топливно-воздушную смесь и обеспечивает отвод отработавших газов. После запуска автомобиля для ГБЦ основными задачами является газораспределение и обеспечение герметичности газового стыка.
Принцип работы головки цилиндров заключается в следующем: распределительный вал толкает штангу, которая в свою очередь давит на гидрокомпенсатор и, соответственно, на коромысло. Коромысло давит на клапан, который открывается и в зависимости от назначения клапана либо топливно-воздушный заряд (или просто воздушный в дизельных двигателях) попадает в камеру сгорания, где происходит воспламенение от искры свечи зажигания, либо происходит выпуск отработавших газов в выпускной коллектор, после чего пружина клапана возвращает клапан на место и цикл повторяется снова. В дизельном двигателе, где происходит воспламенение от сжатия, важными параметрами здесь является синхронизация открытия впускного клапана и впрыска топлива форсункой.
Также, безусловно, важным параметром может стать герметичность газового стыка в соединении головки блока цилиндров с блоком цилиндров, так как при нарушение герметичности может привести к ряду проблем, таких как неполное сгорание топлива, повышенный шум, затрудненный запуск двигателя. В таких случаях необходима замена прокладки головки блока цилиндров. Прокладку нельзя использовать несколько раз, так как при повторной затяжке головки блока, установленный момент затяжки не обеспечивает стопроцентную герметичность. Затяжку следует производить от центральных болтов к крайним.
Также замена прокладки ГБЦ должна производится в стерильных условиях, дабы исключить попадания пыли, стружки и т.п. в камеру сгорания. Если при ремонте вы задумались о замене ГБЦ, то многие эксперты рекомендуют купить головку блока цилиндров в сборе, так как сборка компонентов разных производителей не гарантирует безпроблемную работу. Так вкратце описан принцип работы одной из основных деталей двигателя, также предлагаем узнать как работает ретардер и раздатка.
Основные проблемы головки блока цилиндров. Последствия и причины нарушения работоспособности.
Выпадение седла впускного клапана в процессе эксплуатации.
Последствия — Разрушение головки блока цилиндров, элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие — отказ двигателя.
Причины — Нарушение позиционирования седел в головке блока цилиндров, так как не выдержан диаметр посадочного места.
Нарушение герметичности посадки впускных и выпускных клапанов на фаску седел
Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, потеря мощности
Нарушение формирования герметичности направляющих поверхностей седла клапана, так как не выдержаны геометрические параметры стенки посадочного места под седло относительно оси отверстий под клапаны
Нарушение герметичности в соединении седел с головкой блока цилиндров
Нарушение теплоотвода, разрушение элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие отказ двигателя
Неплотная посадка седел в головке блока цилиндров, не выдержаны шероховатость стенок и торца отверстия под седло клапана, параметры перпендикулярности и биения относительно торца отверстия под седло клапана
Нарушение герметичности по прессовой посадке (в соединении с головкой блока цилиндров) направляющих втулок впускных и выпускных клапанов
Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, повышенный расход масла
Позиционирование отверстий под направляющие втулки клапанов не обеспечивает герметичности в соединение направляющих втулок с головкой блока цилиндров
Прорыв газов через уплотнение газового стыка (в соединении головка блока цилиндров — уплотнительная прокладка — блок цилиндров)
Нарушение рабочего процесса в цилиндре, как следствие нестабильная работа двигателя, потеря мощности, повышенный шум, нарушение требований правил ЕЭК ООН №51 и №49
Геометрия поверхности огневого днища головки блока цилиндров не обеспечивает герметичность по газовому стыку
Развитие неплоскостности днища ГБЦ под воздействием газовых сил при эксплуатации — минимальный коэффициент запаса прочности головки блока цилиндров не обеспечивает достаточной жесткости при удельной нагрузке от газовых сил
Недостаточная жесткость зон сопряжения с опорным буртом гильз блока цилиндров
Нарушение герметичности в соединении головка блока — уплотнительная прокладка — блок (по штанговым полостям и отверстиям слива масла)
Подтекание масла, нарушение требований правил ЕЭК ООН №49
Негерметичность уплотнения вследствие недостаточной жесткости (как следствие — деформации) головки цилиндров.
Нарушение герметичности в соединении головка — уплотнительная прокладка — выпускной коллектор
Не выдержан допуск плоскостности привалочной поверхности ГБЦ под уплотнительную прокладку выпускного коллектора
Чистота обработки поверхности под уплотнительную прокладку выпускного коллектора не обеспечивает герметичность стыка
Нарушение герметичности уплотнения в соединении клапанной крышки с головкой блока цилиндров
Повышенный расход моторного масла
Чистота обработки привалочной поверхности головки блока цилиндров под уплотнительную прокладку не обеспечивает герметичность в соединении
Недостаточное количество зон крепления клапанной крышки к головке блока цилиндров
Проблема — Неполное сгорание подаваемого форсункой топлива
Потеря мощности двигателя
Энергетические параметры впускного канала (момент вихря) не обеспечивают максимальное сгорание топлива.
Нарушение герметичности в соединении головки — уплотнительная прокладка — воздушный коллектор
Нарушение газодинамических характеристик — неполное сгорание топлива
Геометрические параметры привалочной поверхности головки блока под воздушный коллектор не обеспечивают герметичности в соединении с воздушным коллектором
Видео работы головки блока цилиндров
Что такое ГБЦ в автомобиле
Аббревиатура ГБЦ расшифровывается как Головка Блока Цилиндров, это один из важнейших узлов любого двигателя внутреннего сгорания. Знать, что такое ГБЦ в автомобиле, принцип ее работы и особенности конструкции, должен каждый владелец машины. Это поможет вовремя заметить возможную неисправность, а также обеспечить стабильную работу силового агрегата в различных режимах.
Описание ГБЦ и существующие модификации
ГБЦ, это верхняя часть блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Она крепится на нем при помощи болтов или специальных шпилек. Основное назначение головки — контроль поступления топлива в рабочие цилиндры, обеспечение его сгорание, контроль и распределение потоков газов. Именно от точности регулировки отдельных узлов ГБЦ зависит мощность и устойчивость работы всего двигателя в целом.
Как выглядит головка блока цилиндров
Для различных силовых агрегатов выпускают головки блока цилиндров из чугуна или сплавов на основе алюминия. Именно алюминиевые ГБЦ устанавливаются на большинстве современных автомобилей, что позволяет несколько снизить общий вес силового агрегата.
Для двигателей с рядным расположением цилиндров применяется единая ГБЦ, а для V-образных силовых установок применяют отдельные головки на каждый ряд. Других конструктивных отличий не существует.
Видео о ГБЦ
Читайте также: Что такое ЭБУ в автомобиле, как он работает и зачем нужен.
Как устроена головка блока цилиндров
Корпус ГБЦ (картер) получают методом литья и последующей металлообработки (фрезерование, сверление). В теле изделия размещены каналы для 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 дизельных двигателей). По своей конструкции головка считается сложным агрегатом, включающим в себя несколько различных механизмов.
- Газораспределительный механизм, обеспечивающий отвод отработанных газов. Клапана системы газораспределения открываются в четкой последовательности в зависимости от этапов работы каждого отдельного цилиндра.
- Привод газораспределительного механизма, обеспечивающий открывания клапанов в необходимый момент.
- Площадки для крепления впускного и выпускного коллекторов, обеспечивающих подачу топлива и отвод отработанных газов.
- К несъемным элементам ГБЦ относят направляющие втулки и седла клапанов. Данные элементы обеспечивают герметизацию механизма газораспределения. Монтаж этих деталей осуществляется методом горячей опрессовки, выполнить его самостоятельно, тем более без специального оснащения, практически невозможно, особенно в условиях частного гаража.
Каждый из приведенных узлов отвечает за работоспособность двигателя в целом, а выход любого из них из строя станет причиной более серьезной поломки. На видео ролике внизу можно наблюдать работу всех элементов ГБЦ в движении.
Читайте также: Что такое ДМРВ и какие функции оно выполняет в автомобиле.
Как правильно установить ГБЦ
ГБЦ (Cylinder Head), прокладка (Head Gasket) и блок двигателя (Engine Block).
Учитывая то, что ГБЦ имеет множество каналов для движения смазки, охлаждающей жидкости, отработанных газов, важнейшим условием правильного монтажа является надежная герметизация в месте соединения с блоком цилиндров. Осуществляется это путем установки специальной прокладки, изготовленной из армированного асбеста. Такой материал способен выдержать высокую температуру и значительное давление рабочих жидкостей и отработанных газов. Учитывайте то, что прокладка ГБЦ одноразовая, повторное применение не сможет гарантировать надежную герметизацию места соединения с блоком цилиндров.
Плотное прилегание головки и сжатие асбестовой прокладки достигается затяжкой крепежных болтов или гаек на шпильках. Учитывайте тот факт, что любой перекос при выполнении этих операций приведет к недостаточной герметизации соединения. Именно поэтому затяжка должна осуществляться с определенным усилием, которое должно контролироваться при помощи динамометрического ключа. При этом каждая шпилька должна подтягиваться строго в определенном порядке, нарушение которого так же станет причиной появления проблем с недостаточной герметизацией.
При постоянной эксплуатации необходимо уделять внимание именно на плотность прилегания ГБЦ к поверхности блока цилиндров. Появление потеков масла, охлаждающей жидкости свидетельствует о ненадежной герметизации соединения. В этом случае необходимо обтянуть головку по новой.
При техническом обслуживании обязательно проверяйте состояние наиболее нагруженных элементов ГБЦ. Непременно оценивайте состояние клапанов, распределительного вала, не упускайте из вида и целостность уплотняющих сальников.
Все работы, относящиеся к ремонту головки блока цилиндров или замене отдельных ее механизмов, можно выполнять самостоятельно исключительно при наличии соответствующего опыта. Помните, любая небрежность и несоблюдение технологии монтажа станет причиной более серьезных поломок двигателя. А стоимость такого ремонта будет существенно большей. Поэтому доверяйте ремонт ГБЦ только профессиональному автослесарю, имеющему опыт и соответствующее оборудование.