Двигатель внутреннего сгорания имеет сложную конструкцию, где каждый элемент отвечает за выполнение различных задач. Одним из таких элементов является головка блока цилиндров (ГБЦ).
ГБЦ смело можно назвать одним из ключевых узлов в мотоцикле или автомобиле. Это устройство контролирует вывод газов в двигателе внутреннего сгорания. Внешне ГБЦ представляет собой крышку, которая закрывает сам блок. Для ее изготовления используются алюминиевые сплавы или чугун.

Качественная работа головки блока цилиндров напрямую зависит от плотности прилегания самой ГБЦ к блоку цилиндров. Именно из-за этого верхняя часть данной детали является более узкой, чем нижняя. Между самим блоком и головкой находится уплотнительная прокладка. Фиксирование ГБЦ осуществляется с помощью штифтов.

Вся дальнейшая работа ГБЦ зависит от правильности монтажа. Каждый автомобиль имеет собственный регламент установки головки блока цилиндров. Поэтому важно использовать правильную инструкцию для каждого конкретного автомобиля. В ней указывается порядок затяжки штифтов и необходимый момент закручивания. Монтаж ГБЦ осуществляется с помощью динамометрического ключа.

Не следует применять грубую силу при установке ГБЦ – это может стать причиной повреждения масляного канала, уплотнительной прокладки и прочих элементов системы. Если головка будет деформирована, повреждена или установлена неправильно, это повлечет за собой нарушения в работе двигателя и всего транспортного средства.

%rtb-4%

Блок цилиндров

Блок цилиндров или шорт-блок является самой большой частью двигателя. Остальные элементы, так или иначе, крепятся к нему. В верхней части БЦ находятся колодцы цилиндров. Вокруг них выполнены полости для жидкостного охлаждения (рубашка охлаждения). В нижней части, которая называется картером, располагается коленчатый вал, к которому крепятся шатуны и поршни. То есть блок является местом расположения всего кривошипно-шатунного механизма. Также в нем выполнены каналы системы смазки.

Блок цилиндров двигателя V8

БЦ изготавливают цельной деталью при помощи литья. В качестве основного материала для изготовления служит чугун или алюминиевые сплавы. БЦ из алюминиевых сплавов значительно легче по весу, но проигрывает в прочности и цене. Чугун доступнее и прочнее.

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.

3. Седло клапана

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.

4. Направляющая втулка клапана и масляное уплотнение

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

Работа механизма 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

Цилиндры и хонингование

Рабочие цилиндры могут быть выполнены непосредственно как часть блока, а могут применяться гильзы. На поверхность цилиндров наносится специальный никелькремниевый сплав – никасил. Это очень прочный материал, защищающий кольца поршня от трения. Поверхность полируется до зеркала, чтобы свести к минимуму трение в условиях ограниченного поступления масла.

Хон цилиндра

Для улучшения смазки внутренней поверхности цилиндров применяют хонингование. Хон наносится специальным инструментом с головкой и абразивными брусками. В итоге на поверхности образуется выгравированная сетка. В ее желобках лучше удерживается масло. На внутренних стенках с хоном образуется масляная пленка, в результате чего значительно снижается трение и повышается ресурс деталей. Повторное хонингование, как правило, делается во время расточки двигателя или замены гильз.

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.

Гильзы

«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».

Перед снятием головки цилиндров обратить внимание на следующее:

• Головку цилиндров снимать только на холодном двигателе.
• Головка цилиндров для восьмицилиндровых двигателей имеет отличную конструкцию от головок цилиндров, выпущенных после 1978 года для тех же двигателей.
• При повреждениях привалочной плоскости гоповки цилиндров ее можно профрезеровать.
• Каждая головка цилиндров фиксируется на блоке цилиндров двумя установочными штифтами и крепится 18 болтами, по 6 болтов на каждый цилиндр.
• Прокладка головки цилиндров 3.5 и 4.5 литровых двигателей отличаются друг от друга диаметром отверстия цилиндров. Кроме того, конструкция прокладок изменялась в течение года, поэтому при покупке прокладки обязательно указывайте номер двигателя.
• В процессе эксплуатации подтягивание болтов крепления головки цилиндров не требуется.
• Крепление головки цилиндров производится только на холодном двигателе.
• Резьба болтов крепления головки цилиндров покрыта слоем никеля: во избежание повреждения резьбы в блоке при замене использовать только такие болты.
• Для защиты резьбы рекомендуется использовать пасту «Helicoil».
• Снятие и установку головки цилиндров можно выполнять на двигателе, установленном на автомобиле.
• Капот автомобиля поставить в вертикальное положение как при снятии двигателя.
• Отсоединить провода от аккумуляторной батареи.
• Слить охлаждающую жидкость из системы охлаждения, отвернув сливные пробки с левой и правой стороны блока цилиндров.
• Снять топливные трубки.
• Отвернуть болты крепления выпускных трубопроводов на обоих головках цилиндров.
• Повернуть коленчатый вал двигателя до ВМТ в 1-м цилиндре. При этом метка на торцевой стороне поверхности блока цилиндров и нулевая отметка на шкиве должны совпасть как показано на рисунке.

Рис. Положение ВМТ в двигателе

• В автомобилях с регулируемой подвеской колес отвернуть четыре болта крепления насоса гидросистемы подвески, снять насос вместе со шлангами и отвести в сторону. Снять детали привода гидросистемы.
• Краской нанести метки на звездочки распределительных валов и цепь привода, даже если снимается только одна головка цилиндров.

Рис. Нанесение меток на звездочки распределительных валов и цепь привода

• Отвернуть болт крепления звездочки на распределительном валу, удерживая распределительный вал в средней части от проворачивания ключом в средней части или между зубьями звездочки и цепью привода поставить стопор соответствующей формы. Болт крепления до конца не отворачивать.
• Снять звездочку с распределительного вала, при необходимости, легкими ударами молотка с пластмассовой рабочей поверхностью, затем отвернуть болт крепления звездочки. Во избежание соскакивания цепи с других звездочек цепь закрепить.

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.

При установке головки цилиндров соблюдать следующие указания:

• Поставить новые прокладки. Они различны как для двигателей так и для головок цилиндров. Прокладка левой головки цилиндров со стороны цепного привода имеет 3 отверстия, а прокладка правой головки цилиндров — 2.
• Болты крепления головки цилиндров длиной 165 мм одновременно служат и для крепления корпусов подшипников распределительного вала.

Рис. Болты крепления головки цилиндров

• Установить головку цилиндров (предварительно одев выпускной трубопровод на шпильки крепления) на два установочных штифта на блоке цилиндров.
• Смазать резьбу болтов крепления головки цилиндров и завернуть болты. При замене болтов проверить соответствие их длины.
• Затянуть болты крепления головки цилиндров в соответствии с порядком затяжки, показанном на рисунке, при помощи ключа 116 589 001 300. Первоначальный момент затяжки 30 Нм.
• Новые болты затянуть моментом 50 Нм.
• Окончательную затяжку болтов крепления головки цилиндров произвести через 10 мин моментом 50 Нм.
• Дальнейшие работы выполнять в обратной снятию последовательности. Установить выпускной трубопровод и полностью закрепить. Установить звездочку вместе с цепью привода на распределительный вал, обратив внимание на совпадение меток на звездочке и цепи. Затянуть болт крепления звездочки моментом 100 Нм. удерживая распределительный вал от проворачивания.

В автомобилях с регулируемой подвеской колес предварительно установить детали крепления гидросистемы подвески.

Указание: Последующая подтяжка болтов крепления головки цилиндров на теплом двигателе не требуется.

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров устанавливается сверху блока и является, по сути, крышкой, которая его закрывает. Для изготовления ГБЦ применяются в основном алюминиевые сплавы. Крепится головка к блоку с помощью шпилек или болтов, которые затягиваются динамометрическим ключом в строгой последовательности, как указано в руководстве по ремонту конкретного автомобиля.

Головка блока цилиндров

Камеры сгорания образуются путем плотного прилегания ГБЦ к БЦ. Чтобы отработавшие газы не проникали между головкой и блоком цилиндров, устанавливается уплотнительная прокладка. Она основана на асбестографитовой основе и способна выдерживать рабочую температуру и давление.

ГБЦ в сборе состоит из следующих элементов:

• корпус с камерами сгорания, патрубками, масляными и каналами системы охлаждения;
• газораспределительный механизм (впускные и выпускные клапаны, коромысла и толкатели);
• распределительные валы с приводом от коленвала;
• отверстия для свечей зажигания;
• впускные и выпускные коллекторы для подачи воздуха и отвода отработавших газов;
• прокладка ГБЦ.

На современных двигателях клапаны ГРМ и распредвал находятся именно в головке блока. Но раньше были моторы с нижним распредвалом. В V-образных двигателях на каждый ряд цилиндров устанавливается отдельная головка блока.

В передней части ГБЦ находится цепной или ременный привод газораспределительного механизма. По обеим сторонам на фланце крепятся впускной и выпускной коллекторы. Также рядом расположены патрубки для подвода охлаждающей жидкости.

Диагностика и ТО

Рано или поздно любому механизму в транспортном средстве потребуется диагностика и техническое обслуживание, ГБЦ не является каким-либо исключением из правил. В этом вопросе главная задача владельца транспортного средства периодически заниматься диагностикой тех элементов, которые чаще всего выходят из строя.

• Клапаны и их сальники.
• Уплотнительная прокладка.

Особое внимание следует уделить прокладке, если она износилась, рабочие жидкости могут смешиваться, что приведет к поломке двигателя. При попадании охладительной жидкости в рабочее масло, она будет бурлить. Со временем это приведет к невозможности запуска мотора. В этом случае главным сигналом будет датчик температуры, который покажет кипение ДВС. Оценить ситуацию можно также сняв свечи зажигания. Зачем необходимы ремонтные работы? Чаще всего демонтаж головки цилиндров избежать не удастся в следующих случаях.

• Изменилась высота гбц.
• Возникла потребность отпрессовать клапаны и седла.
• Один или несколько клапанов перестали функционировать и нуждаются в замене.
• Требуется шлифовка крышки.
• Требуется заменить уплотнительную прокладку.
• Необходимо избавиться от микротрещин.

Если понимать, к чему приведет каждый шаг, и иметь необходимые инструменты, можно заниматься ремонтными работами ГБЦ и в домашних условиях, однако даже самое высокотехнологичное оборудование в руках неопытного владельца не поможет исправить проблему.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Клапанная крышка

Клапанная крышка закрывает ГБЦ и газораспределительный механизм. Она крепится к головке с помощью болтов. Между головкой и крышкой также устанавливается прокладка для плотного и герметичного соединения. Это нужно, чтобы масло в процессе работы не вытекало наружу, а внутрь не попадали грязь и пыль. Также на крышке располагается маслозаливная горловина.

Клапанная крышка Chevrolet Lacetti

Ранее крышки изготавливались из стали, но на современных двигателях отдают предпочтения алюминиевым или пластиковым. Это снижает уровень шума, повышает надежность и доступность детали.

Блок цилиндров и головка блока цилиндров составляют основу двигателя. Многое зависит от материалов и качества их изготовления. При правильной эксплуатации и своевременном обслуживании они прослужат очень долго.

Верхне- клапанная головка цилиндров

Может быть исполнена индивидуально для каждого цилиндра, так и для ряда цилиндров. Привод клапанов осуществляется штангами, которые передают усилие от распредвала.

Верхне- клапанные головки имеют несколько вариантов компоновки:

— Привод клапанов от штанг;

— Верхний распредвал (OHC);

— Два верхних распредвала (DOHC).

Индивидуальные головки цилиндров

Преимущество индивидуальных головок цилиндров в меньшей массе головки и в простоте монтажа. Чаще всего индивидуальные головки применяются на дизельных и крупноразмерных двигателях, что значительно облегчает монтаж.