Головка блока цилиндров. Что такое головка блока цилиндров и её принцип работы и назначение.

Содержание материала

Что такое ГБЦ, где она находится и зачем нужна в машинеПринцип работы Коротко о типах головок блока цилиндров Устройство головки блока цилиднров и её особенностиВидео: устройство головки блока цилидровОсновные проблемы головки блока цилиндров. Последствия и причины нарушения работоспособности.Выпадение седла впускного клапана в процессе эксплуатации.Нарушение герметичности посадки впускных и выпускных клапанов на фаску седелНарушение герметичности в соединении седел с головкой блока цилиндровНарушение герметичности по прессовой посадке (в соединении с головкой блока цилиндров) направляющих втулок впускных и выпускных клапановПрорыв газов через уплотнение газового стыка (в соединении головка блока цилиндров уплотнительная прокладка блок цилиндров)Нарушение герметичности в соединении головка блока уплотнительная прокладка блок (по штанговым полостям и отверстиям слива масла)Нарушение герметичности в соединении головка уплотнительная прокладка выпускной коллекторНарушение герметичности уплотнения в соединении клапанной крышки с головкой блока цилиндровПроблема Неполное сгорание подаваемого форсункой топливаНарушение герметичности в соединении головки уплотнительная прокладка воздушный коллектор Часто встречающиеся поломкиГильзыРасточка и гильзовка блока цилиндров

Что такое ГБЦ, где она находится и зачем нужна в машине

ГБЦ — это Головка Блока Цилиндров (или в обиходе просто «головка») в ДВС (двигателях внутреннего сгорания). Она находится на поверхности двигателя и запирает камеры сгорания цилиндров, которые являются главной конструктивной частью любого силового агрегата. Другими словами, головка фактически является крышкой, покрывающей блок.

Без наличия плотно прикреплённой к его корпусу верхушки не будет обеспечиваться необходимая компрессия, а, следовательно, двигатель не сможет нормально функционировать. Таким образом, движение автомобиля станет невозможным.

Принцип работы

Если говорить вкратце, то ГБЦ отвечает за формирование камеры сгорания, подачу в камеру горючей смеси и дальнейший отвод отработавших газов. На словах все достаточно просто, но давайте рассмотрим все в подробностях. Итак, при запуске двигателя головка блока цилиндров включается в работу. Вот что происходит:

  1. Распредвал толкает штангу, которая затем оказывает давление на гидрокомпенсатор и коромысло;
  2. Коромысло оказывает давление на клапан, который тут же открывается. Клапаны в дизельных ДВС несколько отличаются от своих бензиновых «собратьев» по функционалу;
  3. Клапан оказывается в камере сгорания, где происходит воспламенение смеси от свечи зажигания;
  4. Отработавшие газы отходят в выпускной коллектор;
  5. Пружина возвращает клапан в его изначальное положение. Цикл повторяется.

В дизельных мотор смесь воспламеняется от сжатия, так что ключевым параметром является синхронизация впрыска топлива специальной дизельной форсункой с открытием впускного клапана. В случае ГБЦ как бензинового, так и дизельного мотора важной является герметичность газового стыка — если он теряет герметичность, топливо не будет сгорать полностью, а двигатель будет труднее запустить. Также при потере герметичности можно отметить повышенную шумность работы двигателя и его ускоренное изнашивание по ходу эксплуатации.

 

Коротко о типах головок блока цилиндров

В зависимости от общей конструкции двигателя выделяет типы ГБЦ. Всего их четыре. Они отличаются по конструктивному исполнению, а также по расположению камер сгорания, типу ГРМ и некоторыми другим особенностям. Касательно конструктивных исполнений:

  1. Одна головка для цилиндров в т.н. рядных двигателях;
  2. Общие головки под ряд цилиндров в ДВС V-типа (V-образных);
  3. Раздельные головки под цилиндры в многоцилиндровых рядных двигателях;
  4. Индивидуальные решения: головки цилиндров в одно- и многоцилиндровых рядных ДВС, V-образных ДВС и прочих.

Распространенные 2-х — 6-цилиндровые рядные моторы используют общие головки. Если мотор V-образный, то в нем с наибольшей вероятностью ГБЦ перекрывает один ряд цилиндров, хотя находят применение и головки под каждый цилиндр, как в восьмицилиндровых двигателях. Индивидуальные головки блока цилиндров можно видеть в мощных дизельных двигателя, а также специальных силовых агрегатах, как-то звездчатых и оппозитных двухцилиндровых агрегатах. Если двигатель одноцилиндровый, то головка строго индивидуальная. Также ГБЦ классифицируют по расположению камер сгорания. Здесь возможны такие конструктивные исполнения:

  1. Камера находится прямо в головке. При таком исполнении поршень должен имеют плоское днище. Возможно наличие вытеснителя;
  2. Камера находится и в поршне, и в ГБЦ. Часть камеры сгорания находится в нижней части поршня;
  3. Камера находится прямо в поршне. При таком исполнении ГБЦ имеет плоскую нижнюю поверхность, опционально с углублениями под установку клапанов с наклоном.

Но и на этом классификация не заканчивается. В зависимости от устройства ГРМ и наличию данного механизма в принципе, головки блоков могут иметь различное конструктивное исполнение. Вот например:

  1. ГРМ отсутствует. Такое возможно в одноцилиндровых двухтактных бесклапанных, а также многоцилиндровых нижнеклапанных двигателях;
  2. Присутствуют клапаны, коромысла и другие компоненты двигателя. Распредвал располагается снижу, остальные комплектующие двигателя монтируются в верхней части головки блока цилиндров;
  3. ГРМ полное (распредвал, клапаны, приводы, сопутствующие элементы). В этом случае детали монтируются в верхней части ГБЦ.

Многообразие ГРМ определяется и тем, под какой именно двигатель они спроектированы. Выделяют головки под бензиновые, газовые, дизельные агрегаты, под моторы малых оборотов и форсированные, а также моторы, имеющие воздушное или водяное охлаждение. В общем и целом, конструкция всех головок примерно одинакова, но на деле головки почти никогда не являются взаимозаменяемыми. Неисправности головок разных типов также схожи.

Устройство головки блока цилиднров и её особенности

В зависимости от тактности, принципа воспламенения, схем газораспределения и охлаждения головка может иметь разнообразные типы конструкций. Однако основной набор деталей головки — клапаны, снабжённые пружинами, форсунки, а также свечи зажигания — практически неизменен.

Объёмистые дизеля традиционно оборудуют литыми чугунными головками, которые долгое время исправно и незаменимо служат в этом качестве. Они эксплуатируются в тяжёлых условиях, и с целью придания надёжности клапанные сёдла запрессовывают с предварительным охлаждением в парах жидкого азота. Втулки клапанов и вихрекамеры вставляют с натягом.

Для маломощных бензиновых «движков» выпускают алюминиевые головки, изготавливаемые путём литья под давлением или в кокиль с дальнейшей доводкой пустот (в головке предусмотрены водяные, газовые ходы, каналы для смазки, а также сквозные отверстия под крепёж).

Крепится головка стальными шпильками с гайками либо болтами с затяжкой по предписываемой производителем технологии. В инструкции подробно указываются последовательность, усилие затяжки, угловые довороты и пр. Это требуется для сохранности соединения в случае просадки стыкового уплотнения.

Видео: устройство головки блока цилидров

Для того, чтобы внутренняя полость разъёмного цилиндра ДВС представляла собой герметично изолированное пространство, стык головки и блока уплотняется специальной прокладкой. Только в этом случае возможен запуск мотора и его надлежащая работа.

Несоблюдение толщины паронитовой или металлоасбестовой прокладки, или её просадка вследствие брака чреваты разгерметизацией камер сгорания и выходом двигателя из строя. Для придания уплотнению должной жёсткости и для обеспечения безопасного прижима чугунные головки дизельных моторов монтируют на мягких стальных прокладках.

Стоит обратить внимание, что толщина прокладки определяется согласно величине вылета поршней. В случае, когда расчётные показатели окажутся меньше номинальных значений, двигатель «застучит», когда больше — произойдёт потеря мощности и интенсивное образование копоти вследствие неполного сгорания топлива. Пары выпускных и впускных каналов ведут в обособленную камеру сгорания. Каждый из каналов упирается в седло, запрессованное в головку блока цилиндров, которая является местом:

  • размещения натяжителя цепи и привода распределительного вала в отдельной полости спереди ГБЦ;
  • установки газораспределительного механизма (ГРМ);
  • расположения маслозаливной горловины.

.

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

Повышенный шум

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

Часто встречающиеся поломки

ГБЦ – это слиток металла сложной формы. В нем есть множество функциональных деталей. Основная поломка — трещины. Кроме того, часто встречаются такие неприятности, как:

  • Под свечой сорвана резьба.
  • Нарушение герметичности из-за выхода из строя прокладки.
  • Ломается компенсатор,пружина, клапан, рокер.
  • Выпадает подклапанное седло.
  • Из-за появившейся щели внизу головки «дым» попадает в охладительную систему.
  • Под распредвалом износились постели.

При появлении трещин — есть варианты. Если это щель между камерой сгорания и рубашкой охлаждения, то вряд ли имеет смысл ремонтировать. Но в местах вне газового стыка отверстие можно заварить, менять ГБЦ совсем не обязательно. При износе постелей ставят бронзовые втулки.

В случае обнаружения любого дефекта, надо ремонтировать ГБЦ немедленно. В противном случае узел быстро выходит из строя до такой степени, что становится неремонтопригодным. Например, если клапан закрывается не полностью, то поршень стучит по его тарелке. Клапан деформируется, из-за чего к седлу прилегает уже не полностью. Из-за этого возникают дефекты ГБЦ и даже поршневой группы. В итоге выходит из строя одна из поршневых групп. Если же обратиться в ремонт на начальном этапе, то проблема решается относительно легко и быстро.

 	Кстати, сразу после ремонта очень полезно &laquo

Кстати, сразу после ремонта очень полезно «послушать» двигатель. При неустойчивой его работе рекомендуется поскорее обратиться к специалисту. Потому что, если ремонт делал слесарь не слишком высокой (мягко говоря) квалификации, то решить проблему притиркой деталей не получится, что бы этот мастер не говорил по данному поводу.

Не зависимо от того, простой был ремонт ГБЦ или сложный, в заключение головку надо как следует отшлифовать, а опционально еще и фрезеровать.  Особенно это касается привалочной плоскости. Опытный спец способен восстановить ГБЦ почти до исходного состояния. Но времени на это может уйти немало.

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».

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.