Содержание
Назначение ГБЦ
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).
Практически все процессы, происходящие в двигателе, осуществляются именно через головку блока цилиндров. На ГБЦ располагаются все механизмы, которые приводят в движение поршневой механизм. Это свечи зажигания, предназначенные для воспламенения смеси, клапанный механизм, с помощью которого осуществляется впуск топлива, выпуск отработанных газов, коллекторы и самое главное – распределительный вал.
Кроме того, внутри головки располагаются камеры сгорания, в которых и происходит сжатие и воспламенение смеси. Это место имеет тесную связь с блоком цилиндров, в котором перемещаются поршни.
Головка блока цилиндров имеет две прокладки, с помощью которых осуществляется герметичная защита соединений с блоком и крышкой. Состояние двигателя во многом зависит от этих прокладок и самой ГБЦ.
Головка блока цилиндров (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.
Устройство головок блока цилиндров
С тем, что такое ГБЦ, мы разобрались. Теперь хотелось бы подробнее остановиться на конструкции и основных компонентах этого узла. Ниже будет рассмотрена основная информация о деталях, из которых состоит головка блока.
В отличие от сегодняшний ГБЦ, раньше эти элементы изготавливались из чугуна. В принципе, и сегодня в мире достаточно автомобилей, в которых установлены чугунные головки. Это связано с тем, что чугунные ГБЦ более подходят для тех транспортных средств, которые функционируют в сложных температурных режимах.
Отдельно следует остановиться на прокладке устройства. Прокладка ГБЦ изготавливается из армированного асбеста. Это делается с той целью, чтобы она могла выдержать не только высокую температуру, которая характерна для работы двигателя, но и высокий уровень давления.
Что касается остальных компонентов, об этом мы расскажем далее.
Устройство и расшифровка механизмов приведены ниже:
- Прокладка — как вы поняли, выполняет очень важную роль в функционировании двигателя внутреннего сгорания.
- ГРМ (расшифровка — газораспределительный механизм).
- Картер (расшифровка — корпус ГБЦ). В картере расположены все узлы и механизмы данного устройства, а также патрубки охладительной системы, каналы масляного провода и, собственно, камера сгорания.
- Специальные резьбовые выходы, в которые устанавливаются форсунки или свечи зажигания.
- Непосредственно камера сгорания, в которой осуществляется процесс воспламенения горючей смеси, что позволяет автомобилю двигаться.
- Привод ГРМ.
- Также здесь расположены и посадочные плоскости вместе с резьбовыми креплениями, позволяющими крепить впускной и выпускной коллекторы.
Остановимся подробнее на этих компонентах. Клапаны головки блока цилиндров расположены в одном ряду. Угол их наклона по отношению к плоскости цилиндров составляет 20 градусов. В некоторых современных автомобилях устройство немного другое, но в большинстве случаев расположение клапанов именно такое.
Перейдем у передней части ГБЦ. Если ее разобрать, то вы увидите, что в ней находится специально отведенное место для установки цепного привода ГРМ и натяжителя цепи. Собственно, именно здесь эти компоненты и расположены. Что касается камер сгорания, то они плотно прилегают к блоку, а для этого специально обрабатываются механическим способом.
По размерам площадь камер сжатия немного меньше, чем размеры днища у поршней. Это делается для того, чтобы при работе двигателя внутреннего сгорания, когда поршни поднимаются вверх, обеспечивалось интенсивное завихрение рабочей смеси мотора. Соответственно в результате этого улучшается и сама процедура сгорания горючей смеси.
С левой части ГБЦ вы можете увидеть четыре отверстия для свечек или форсунок системы зажигания. С обратной, правой стороны, расположен специальный фланец, на который крепится выпускной и впускной коллекторы. Рядом с этим фланцем вмонтированы и патрубки охладительной системы, по которым курсирует антифриз.
На верхней части ГБЦ установлены специальные отверстия, в которые устанавливаются направляющие втулки, опорные шайбы, устройства опор рычагов, а также корпус подшипников распределительного шкива. Сверху самой ГБЦ устанавливается специальная крышка, которая крепится при помощи восьми винтов.
Также следует отметить, что в головке расположены и несъемные компоненты:
- в первую очередь, это седла клапанов, предназначение которых заключается в обеспечении герметичности устройства ГРМ;
- а также направляющие втулки клапанов.
Важно понимать, что данные компоненты устанавливаются методом прессовки в структуру ГБЦ. Соответственно, в домашних условиях из замена будет невозможной — это можно осуществить исключительно с использование необходимого термического оборудования, а также специализированного инструментария.
Некоторые гаражные «умельцы» все-таки практикуют этот ремонтный процесс у себя дома, но делать этого крайне не рекомендуется, поскольку неравномерный нагрев может привести к последствиям:
- ГБЦ может изменить геометрию своей структуры, в результате чего будет нарушена плоскость ее прилегания к самому блоку.
- ГБЦ попросту придет в негодность от неправильного нагрева.
- В структуре головки могут появиться микротрещины, избавиться от которых будет очень тяжело.
В целом проведение таких работ в домашних условиях чревато тем, что устройство попросту придется в негодность и не останется ничего другого, как сдать его на металлолом. Разумеется, грамотный специалист при наличии необходимого оборудования может попытаться исправить проблему, но это получается не всегда. Поэтому рекомендуем вам прислушаться к нашим советам.
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).
Как было сказано в начале, конструкция ГБЦ может различаться в зависимости от конструкции мотора, на котором она установлена. Простейшие ГБЦ на моторах типа Flathead представляют собой металлическую пластину с резьбовыми отверстиями для установки свечей зажигания.
Однако по мере совершенствования ДВС возникла необходимость переноса распределительного вала и клапанного механизма в головку блока цилиндров, и в результате большинство современных моторов имеет именно такую конструкцию. Впрочем, верхнеклапанные нижневальные моторы большого объема до сих пор встречаются в американских автомобилях. Мы рассмотрим различные конструкции ГБЦ в зависимости от конструкции двигателя.
ГБЦ нижнеклапанного нижневального двигателя
Конструкция нижнеклапанного нижневального двигателя предполагает расположение распредвала в блоке цилиндров, неподалеку от коленвала, и привод первого от второго при помощи шестерней. Клапаны при этом приводятся от распредвала толкателями и расположены тарелками вверх, а впуск и выпуск подходят к цилиндру сбоку (отсюда и одно из англоязычных названий таких моторов – side-valve engine, что значит «двигатель с боковым расположением клапанов»).
Таким образом, и кривошипно-шатунный механизм, и газораспределительный механизм расположены в блоке (и рядом с ним), а в верхней части цилиндра могла располагаться только свеча зажигания. Соответственно, и ГБЦ такого мотора была простейшей пластиной (к этому нас отсылает другое англоязычное название таких моторов – Flathead, то есть «плоскоголовые»), в которой при необходимости имелись резьбовые отверстия для установки свечей зажигания.
Следующей ступенью развития нижневальных моторов стали двигатели со смешанным расположением клапанов: в них впускные клапаны с приводом перенесли наверх, в головку блока цилиндров, а выпускные оставили без изменения. Такая конструкция получила название F-head, так как поршень и клапаны отчасти напоминали по расположению букву F.
Привод впускных клапанов осуществлялся через качающиеся коромысла. Таким образом, конструкция ГБЦ усложнилась: вместо простой пластины она стала представлять собой плиту с механизмом привода впускных клапанов и, как и ранее, разъемом под установку свечей зажигания.
ГБЦ верхнеклапанного нижневального двигателя
Следующим этапом развития моторов после нижнеклапанных нижневальных стали верхнеклапанные нижневальные: то есть, распредвал в них, как и ранее, располагался в блоке цилиндров, приводясь от коленвала шестеренчатым механизмом, а вот клапаны перебрались наверх, в головку блока цилиндров.
Разумеется, это повлекло заметное усложнение ее конструкции – из пластины с отверстиями под свечи зажигания она превратилась в полноценный блок с каналами для смазки и охлаждения, а также впускными и выпускными каналами, по которым подавалась топливовоздушная смесь и отводились отработавшие газы.
Поскольку привод клапанов от распредвала осуществлялся через штанги-толкатели и коромысла, то конструкция ГБЦ такого мотора предполагала расположение этих коромысел и собственно клапанного механизма внутри нее.
ГБЦ верхнеклапанного верхневального двигателя
Головка блока цилиндров современного двигателя в подавляющем большинстве случаев выглядит именно так: в верхнеклапанной верхневальной схеме и распредвал, и клапанный механизм находятся в ГБЦ. Эта схема является наиболее современной и может иметь несколько вариантов реализации.
В самых простых вариантах ГБЦ помимо каналов впуска-выпуска, смазки и охлаждающей жидкости содержит в себе один распределительный вал и по два клапана на каждый цилиндр. Привод клапанов, в свою очередь, тоже может быть разным – напрямую от распредвала либо через коромысла-толкатели или гидрокомпенсаторы, которые регулируют зазор между кулачком распредвала и головкой клапана.
Более продвинутые варианты ГБЦ предполагают наличие четырех клапанов на цилиндр, а также наличие двух распредвалов, один из которых управляет впускными клапанами, а другой – выпускными. Однако, несмотря на это увеличение числа рабочих элементов, функционал и принципиальное устройство ГБЦ остается тем же.
Для изготовления головки блока цилиндров сегодня применяются алюминиевые сплавы. Раньше распространенным материалом был легированный чугун.
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.
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.
Техническое обслуживание и диагностика
Как известно, все механизмы транспортного средства рано или поздно будут нуждаться в диагностике и техническом обслуживании. В этом случае ГБЦ не является исключением. Первоочередной задачей любого автомобилиста в этом вопросе является периодическая диагностика тех компонентов головки, которые нуждаются в этом больше всего. В частности, тех, которые подвержены наибольшим нагрузкам.
Речь идет о:
- работоспособности клапанов;
- проверке работоспособности сальников клапанов;
- сальников распределительного шкива;
- и, разумеется, самой прокладке ГБЦ.
Пробитая прокладка ГБЦ может стать причиной появления масла в охлаждающей жидкости. И наоборот — попадании антифриза в масляную систему. В результате попадания масла в охладительную систему антифриз будет бурлить (но не кипеть), что приведет к троению двигателя, а со временем — невозможности его запуска.
При это хладагент будет выходить из расширительного бачка, а датчик температуры мотора на приборной панели будет показывать кипение двигателя. В свою очередь, попадание хладагента станет причиной заливания свечей зажигания, о чем можно будет догадаться, выкрутив свечку и оценив ее состояние.
В целом на выход из строя элементов головки и на их корректную работу влияют многие факторы, но большинство из них касаются своевременной диагностики и ремонта. Даже такая мелочь, как затяжка штифтов ГБЦ (неправильный момент затяжки или несоблюдение порядка) может стать причиной деформации головки, что может привести и к поломке двигателя.
https://www.youtube.com/watch?v=8Grj85jK3sY