ГБЦ что это такое в автомобиле?

5-GORsk › Блог › Головки цилиндров (ГБЦ)

Головки (крышки) цилиндров вместе с цилиндрами образуют надпоршневую полость, в которой осуществляются все тепловые процессы рабочего цикла двигателя. Головка (ГБЦ) не только закрывает цилиндр, по и служит полостью для полного или частичного разме­щения объема сжатия c, т. е. камеры сгорания, а также свечи зажигания (при внешнем смесеобразовании) или форсунки (в дви­гателях с внутренним смесеобразованием). В головке верхнеклапан­ного двигателя размещается клапанный механизм, каналы впуска рабочего тела в цилиндр и выпуска горячих отработавших газов. К головкам крепят также впускные и выпускные трубопроводы с их системами и вспомогательное оборудование двигателя.’

Стенки головки, образующие камеру сгорания, в большей мере, чем стенки цилиндра, подвержены воздействию открытого пламени и давлению газа. Поэтому делают их в 1,5—2,0 раза толще стенок гильз цилиндров и интенсивно охлаждают.

При жидкостном охлаждении головки (ГБЦ), как и цилиндры, одевают рубашкой охлаждения, а в двигателях воздушного охлаждения — оребряют. Полости рубашек охла­ждения головки и цилиндра с помощью протоков объединяются в общую систему, циркуляция жидкости в которой организуется так, чтобы «холодный» поток ее на входе в систему охлаждения двигателя имел температуру около 80°С и прежде всего омывал наи­более горячие стенки головки (выпускные патрубки). В двигателях воздушного охлаждения оребрение головки делают особенно раз­витым, причем ребра располагают по движению потока охлаждающе­го воздуха так, чтобы обеспечивался более эффективный теплоотвод.

В связи с изложенным головка цилиндров приобретает весьма сложную конструкцию, особенно в двигателях с верхним располо­жением клапанов. Головки автомобильных двигателей делают не только съемными, но и отливают общими для всех цилиндров, обра­зующих ряд (от двух до восьми включительно), или для группы цилиндров (практикуется в основном при воздушном охлаждении). Только в очень малых двухтактных одноцилиндровых двигателях находит еще применение совместная отливка головки с цилиндром. Объединение этих важных конструктивных элементов остова двига­теля чрезвычайно осложняет обработку зеркала цилиндра и выпол­нение монтажно-демонтажных работ при ремонте многоцилиндро­вых двигателей, поэтому метод совместной отливки в авто- и тракто­ростроении в настоящее время не применяется.

Головки (ГБЦ) двигателей автомобильного и тракторного типов изгото­вляют из серого или легированного чугуна, но чаще всего из алю­миниевых сплавов (для краткости их называют обычно алюминие­выми). В карбюраторных двигателях с воздушным и жидкостным охлаждением предпочтительнее применять алюминиевые головки. Алюминиевые сплавы обладают хорошей теплопроводностью, вслед­ствие чего тепловая напряженность стенок головки бывает сравни­тельно ниже чугунных. Поэтому алюминиевые головки способ­ствуют уменьшению степени подогрева свежего заряда и позволяют работать с более высокими степенями сжатия на том же топливе без возникновения детонационного сгорания. В результате этого при­менение алюминиевых головок позволяет улучшать мощностные и экономические показатели двигателей.

Чтобы одновременно использовать высокую теплопроводность алюминия и жаростойкость чугуна в дизелях с воздушным охлажде­нием, основание головки и патрубки, особенно выпускных каналов, изготовляют иногда из чугуна и заливают их алюминиевым сплавом. По сравнению с чугунными головками это улучшает теплоотвод и уменьшает возможную деформацию головки при ее нагреве и охла­ждении. Однако для головок форсированных дизелей (работающих с большой тепловой напряженностью) рекомендуется применение алюминиевых сплавов.

При изготовлении головок из алюминиевых сплавов обязатель­но применяются вставные седла под клапаны. Они изготавливаются из высокопрочного жаростойкого чугуна, имею­щего высокий коэффициент линейного расширения, из легированной или среднеуглеро-дистой стали и алюминиевой бронзы.

Для плотной и надежной посадки вставных седел в головку ее нагревают примерно до 170—200°С, а седла охлаждают иногда до температуры минус 80°С (в сухом льду). После такой сборки седла обвальцовывают еще путем уплотнения вокруг них материала головки. Необходимость этого вызывается тем, что наиболее горячим местом головки является перемычка между гнездами клапанов, нагревающаяся до 230— 260°С, а так как механическая прочность алюминиевых сплавов при нагреве заметно снижается, то плохая посадка вставного седла приводит к потере герметичности и выходу из строя всей головки. В нагретую головку запрессовывают и направляющие втулки для клапанов, которые изготовляют из чугуна, металло­керамики или бронзы. Такие втулки используют и в чугунных головках.

Вставки в алюминиевую головку двигателей воздушного охла­ждения делают также для крепления свечи зажигания или форсун­ки, если последняя имеет резьбовое крепление, т. е. ввертывают непосредственно в тело головки. Такие вставки обычно выполняют в виде простых резьбовых переходных втулок (футорок) и вверты­вают в предварительно нагретую головку.

Вставные седла под клапаны применяют и в чугунных головках, но их обычно ставят под выпускные клапаны, поскольку они рабо­тают в более тяжелых условиях (средняя температура нагрева достигает у них 800°С). Вставки в этих случаях изготовляют из жаропрочных материалов.

Плоскости стыка головки и блока цилиндров уплотняют с по­мощью стале-асбестовых или цельнометаллических прокладок, кото­рые ставят сразу под всю головку. При затяжке шпилек крепления головки, например, право­го блока цилиндров прокладка зажимается между верхней опорной плоскостью правого блока и привалочной пло­скостью его головки.

С тале-асбестовые прокладки в настоящее время применяют в подавляющем большинстве двигателей автомобильного типа. Их основу составляет огнестойкий волокнистый мине­рал — асбест, приготовленный в виде тонкого листа (листовой асбест). Для придания прокладкам необходимой прочности их армируют тонким перфорированным стальным листом или сеткой из стальной проволоки. В последнем случае получают асбостальное полотно, из которого и вырубают прокладки головки блока. Про­кладки делают с такими же внутренними и наружными контурами, какие имеются у привалочной плоскости блока цилиндров со слож­ным рисунком отверстий под камеры сгорания, шпильки крещения соединительные каналы рубашки охлаждения и т. д. Толщина прокладок в рабочем (сжатом) положении составляет примерно 1,5 мм.

По контуру камер сгорания и в местах с тонкими перемычками между цилиндрами стале-асбестовые и другие армированные про­кладки окантовывают тонким сравнительно мягким стальным листом. Металлическая окантовка улучшает механические свой­ства прокладок и главное позволяет повышать местную плотность стыка вокруг камеры сгорания, что имеет важное значение для надежного уплотнения цилиндров. Чтобы предохранить прокладку от прогорания, ее окантованную кромку отводят от контура’вну­тренних стенок камеры сгорания примерно на 1—2 мм. В конструк­циях с мокрыми гильзами с этой целью опорный фланец гильзы снабжают иногда специальным буртиком, который защи­щаетуплотнительную прокладку от воздействия открытого пламени и возможного ее прогорания.

Для уменьшения прилипаемости прокладок к привалочным плос­костям головки или цилиндров и последующего разрыва их при разборке двигателя поверхности прокладок обильно покрывают графитом. Ранее все асбестовые прокладки двигателей вообще пол­ностью облицовывались тонкой листовой латунью (фольгой). В результате получались так называемые медно-асбестовые проклад­ки, выдерживавшие многократное употребление, но вследствие относительной их сложности и дороговизны в подавляющем боль­шинстве случаев они заменяются теперь сравнительно простыми, дешевыми, хотя и менее надежными, армированными прокладками.

Цельнометаллические прокладки под головку блока изготовляют из листовых металлов — алюминия, меди или мягкой стали. Алюми­ниевые прокладки используют, например, на дизеле В-2. Они вырубаются из целого листа под всю головку ряда (блока цилиндров) так, чтобы перекрывался опорный фланец гильзы, который, в случаях использования мокрых гильз, обычно на 0,1— 0,2 мм возвышается над привалочной плоскостью блока цилиндров. Опорный фланец мокрой гильзы В-2 в зоне соприкосновения с про­кладкой имеет ряд кольцевых уплотнительных канавок, а по вну­тренней кромке — буртик, предохраняющий алюминиевую про­кладку от непосредственного воздействия открытого пламени.

Стальные прокладки под головку блока представляют собой набор нескольких, определенным образом спакетированных, тонких, относительно мягких листов. Такие прокладки применяют, в част­ности, на двухтактных дизелях Ярославского моторного завода.

Медные уплотнительные прокладки, изготовленные в виде тон­ких колец, ставят под чугунные головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения. Алюминиевые головки в этих двигателях обычно устанавливают без прокладок.

Надежность уплотнения головки блока в любом случае зависит от правильной и равномерной ее затяжки при установке на цилинд­ры. Головку блока следует затягивать только на холодном двига­теле в строго определенной последовательности и обязательно динамометрическим ключом, позволяющим контролировать вели­чину приложенного усилия. Затяжку головки обычно начинают со средней ее зоны с постепенным переходом к периферийным зонам. Момент затяжки головок в карбюраторных двигателях жидкостного охлаждения составляет в среднем 7—12 кГ·м (≈70—120 н·м), а в дизелях достигает 20 кГ·м (≈200 н·м). При выборе последовательности и нужного момента затяжки в каждом отдельном случае следует руководствоваться инструкцией завода-изготовителя. Неправильная затяжка головки снижает или вовсе сводит на нет эффективность любых уплотнительных прокладок. Надо следить также за тем, чтобы под гайки шпилек (головки бол­тов) крепления алюминиевых головок обязательно подкладывались обычные стальные толстые шайбы, иначе гайки будут врезаться в мягкое тело головки и разрушать поверхность ее стенок. Чугун­ные головки крепят без применения шайб.

Что такое ГБЦ

Многие автовладельцы любят свои большие четырехколесные игрушки до такой степени, что стремятся ознакомиться со всеми узлами и системами, из которых состоит транспортное средство. Дойдя до подкапотного пространства, можно обнаружить там много на первый взгляд непонятных элементов. Например, под капотом имеется ГБЦ, что это такое в машине, знают не многие начинающие автолюбители.

Описание

На автомобильных курсах и в транспортных учебных заведениях более подробно можно узнать про ГБЦ автомобиля, расшифровка понятия там приводится и технические параметры. Под данной аббревиатурой принято понимать Головку Блока Цилиндров силовой установки. Она представляет собой крышку, которая герметично укрывает мотор от негативного внешнего воздействия.

Деталь в большинстве случаев имеет довольно сложную литую форму. В большинстве случаев основным материалом для нее служат алюминиевые сплавы. Также встречаются изделия, изготовленные на основе легированных чугунов.

Необходимо знать, что литая головка после этапа литья подвергается искусственному старению материала, таким образом снимаются все физические напряжения, установившиеся во время приобретения заготовкой своей формы.

Подобная операция является обязательной, так как заготовка проходит несколько ступеней механической высокоточной обработки. Если пропустить этап старения, то со временем головка блока цилиндров двигателя из-за остаточного напряжения деформируется произвольно самостоятельно.

Особенности конструкции

Разбираясь, что такое ГБЦ в автомобиле, и какую роль она играет, необходимо учесть, что этот элемент сопрягается с большим числом дополнительных узлов:

  • впускные/выпускные клапаны газораспределения;
  • форсунки;
  • система зажигания в бензиновых авто;
  • распределительный вал и пр.

Нужно знать, что головка располагается непосредственно над блоком цилиндров.

Фактически она укрывает все цилиндры одновременно, являясь их небольшим продолжением. Исходя из этого, для классических рядных моторов автомобильные инженеры обходятся одной ГБЦ, а для V-образных конструкций необходимо ставить пару штук.

Привод газораспределительного механизма, являющийся частью головки, включает клапаны. Конструкционно они располагаются в один ряд напротив цилиндров. Для правильной работы системы их устанавливают в большинстве автомобилей под углом примерно в 20.

Функционал узла

Головка блока двигателя защищает одновременно все камеры сгорания. Алюминиевую или чугунную деталь ставят на блок, располагаю между ними специальную жаропрочную прокладку. Последняя обеспечивает максимальную герметизацию системе. В некоторых случаях дополнительный наносят слой герметика, повышающий эксплуатационные характеристики прокладки.

Во время текущих или капитальных ремонтов прокладку под головкой необходимо менять. Для повторного использования она не годится.

Алюминиевая деталь подвергается высокотемпературным воздействиям, так как сопрягается непосредственно с камерами сгорания. Смесь топлива и воздуха во время взрывов также оказывает силовое воздействие на внутреннюю поверхность.

Читайте также  Чем утеплить радиатор автомобиля на зиму?

В корпусе имеются резьбовые отверстия. В них вкручиваются свечи зажигания (для бензиновых силовых установок) или форсунки (для дизельных двигателей). Также имеются отверстия, благодаря которым свои операции выполняет распредвал. В его случае приходится устанавливать:

  • втулки;
  • пружины;
  • клапаны;
  • опорные шайбы;
  • подшипники вращения и пр.

Для каждого из этих элементов создается своя форма или отверстие в ГБЦ. Все они являются частями сложного газораспределительного механизма.

Стоит учесть, что несвоевременное либо несоответствующее обслуживание узла, либо некорректная эксплуатация приведет к быстрому выходу из строя. Что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. На специализированных станциях он обойдется в крупную сумму. Даже при самостоятельном проведении ремонта, операция окажется трудоемкой и длительной. Одной из первых сложностей является отвинчивание крепежных элементов.

Передняя часть головки используется для монтажа цепного привода. Также там учитывается необходимость в натяжителе цепи.

Поверхность головки, сопрягаемая с прокладкой и блоком цилиндров, подвергается специальной механической обработке. Обеспечивается единая горизонтальная плоскость без впадин и выступов. Впоследствии от температурных перепадов она будет деформироваться, поэтому в качестве ремонта ее подвергают дополнительной шлифовке. Таким образом восстанавливается первоначальная геометрическая форма. В противном случае даже наличие прокладки не спасет от разгерметизации камер сгорания.

Особая форма имеется у частей головки, сопрягаемых с камерами сгорания. Поршни обеспечивают сжатие топливной смеси в наивысшей своей точке, а форма камеры способствует обеспечению наилучшего завихрения газов. Это позитивно влияет на процесс горения с максимальной отдачей энергии.

К тыльной стороне прилегает фланец особой формы. Он соединен с несколькими патрубками, уходящими дальше под автомобиль. Там же установлены впускные и выпускные коллекторы.

В полостях циркулирует охладительная жидкость — антифриз. Благодаря ей понижается температура головки и блока.

Головка имеет ряд несъемных элементов, к которым относятся седла клапанов. Они необходимы для создания герметичности системы газораспределительного механизма. К несъемными стоит отнести направляющие втулки клапанов.

Их монтируют за счет прессования на спецоборудовании. Провести подобную операцию в домашних условиях весьма проблематично. Потребуется наличие особых инструментов и оборудование для термической обработки.

Иногда такую операцию «умельцы» предлагают провести в гаражных условиях, но подобный процесс может привести к перегреванию детали и последующей ее деформации. При этом безвозвратно потеряется геометрия изделия, а также возможно образуются микротрещины. В результате придется покупать новый узел.

Особенности прокладок

Большинство проблем возникает от разгерметизации, которая происходит часто при выходе из строя прокладки. Ее необходимо правильно подобрать, чтобы избавиться от дорогостоящего ремонта. В результате прогорания будет слышаться стук поршней, а также это приведет к отказу в работе мотора. Производители предлагают два типа головок:

  • на основе паронита;
  • из металла.

Лучше справляется со своими функциями металлическая, но она не подходит определенным типам моторов. В частности, ее не принято ставить на атмосферные силовые установки. Там необходимо обходиться паранитовой, справляющейся с большинством неровностей поверхности.

Техобслуживание системы

Необходимо учитывать, что в любом случае всем автомобильным системам и деталям требуется со временем обслуживание, включая и ГБЦ. Важным фактором в подобной ситуации является своевременная диагностика. Особое внимание стоит уделять следующим факторам:

  • качественной работе прокладки, обеспечивающей герметичность;
  • отрабатыванию клапанов;
  • важно проверять работоспособность сальников клапанов;
  • нужно контролировать качество сальников распредвала.

Если с прокладкой случатся неприятности, то масло из системы смазки проникнет в систему охлаждения, а антифриз попадет в полости циркуляции масла. При таком взаимном проникновении мотор станет работать с пониженной эффективностью.

Когда часть масла станет циркулировать с антифризом, то проявится такое явление, как строение двигателя. Через некоторое время двигатель просто перестанет заводиться. Одновременно на приборной панели по индикаторам будет проявляться повышенная температура мотора.

Наличие антифриза в системе смазки окажет негативное влияние на состояние свечей. При выкручивании их можно заметить по нагару, что их «заливает».

Правильная эксплуатация

Важно после ремонта или диагностики корректно повести сборку всех элементов головки, так как даже неверно зафиксированная деталь на блоке цилиндров способна деформироваться в процессе работы. В определенных ситуациях без демонтажа ГБЦ не удастся обойтись:

  1. расточка цилиндров блока;
  2. проблема с клапанами, при которой потребуется их замена или ремонт;
  3. проведение опрессовки клапанных втулок либо седел;
  4. потеря геометрических параметров поверхности сопряжения;
  5. прокладка пробита (потеряла герметичность);
  6. необходимость устранения микротещин.

Благодаря тому, что автомобилисту виден момент достижения необходимого усилия, обеспечивается достаточный натяг резьбы и не срываются витки. Категорически не допускается применять дополнительного наращивания ключей при завинчивании. Также важно соблюдать очередность при закручивании гаек на шпильках.

Как проявляется неисправность

Вывить неработоспособность узла необходимо своевременно. В противном случае поломка приведет к повышенному расходу бензина либо даже к полной остановке ДВС, требующего капремонта. Чтобы своевременно выявить проблему, необходимо обратить внимание на косвенные признаки явления:

  • из-под прокладки появляются подтеки масла;
  • щуп во время диагностики имеет небольшое количество белой пены;
  • выхлопы теряют прозрачность, и появляется былая дымка из трубы;
  • масляные пятна и потеки заметны в радиаторе и расширительном бачке.

При выявлении одного из признаков, рекомендуем обратиться на СТО для диагностики состояния всех узлов. Также можно выявить пробитую прокладку, у которой нарушена целостность. При ее установке не должно быть посторонних элементов с одной стороны между ней и ГБЦ, а также между прокладкой и блоком. Вкручивая шпильки, нужно обезопасить прокладку от повреждения, так как это сократит срок ее службы.

Нестандартный звук в виде постороннего стука является свидетельством того, что присутствует повреждение. Полный пробой прокладки способен остановить мотор и повредить ГБЦ. Чаще всего неприятности возникают в следующих случаях:

  • перегрев силовой установки;
  • неверный монтаж самой прокладки;
  • повышенные значения компрессии.

Каким образом вычистить головку блока цилиндров

Чтобы избавиться от нагара на металлической части головки, можно воспользоваться различными химическими средствами. Она является достаточно стойкой к большинству из бытовой слабоагрессивной «химии». Бывалые автомобилисты применяют такие составы:

  • ацетон;
  • солярка;
  • бытовые моющие средства;
  • стиральные порошки и пр.

Главное — использовать персональные средства защиты от химпрепаратов. Также необходимо будет хорошо прополоскать металл от остатков очистителя.

ГБЦ — что это такое в машине

Уже очень давно, ещё в первой трети 20 века , некоторые двигатели самых знаменитых классических автомобилей (не путать с классической заднеприводной компоновкой) были лишены съёмной головки блока цилиндров (ГБЦ). Частично из-за требований по надёжности, но в основном по причине некоторого технического снобизма, дескать, вот мы как умеем, для нас ГБЦ, что это такое в машине вообще. Это оказалось во всех отношениях неудобным техническим решением, и с тех пор практически все поршневые ДВС обладают ГБЦ как отдельной и многофункциональной деталью, точнее конструкционным узлом.

Основные функции ГБЦ

Если посмотреть на примитивную схему поршневого двигателя, то покажется, что головка блока там не нужна совсем. Каждая деталь по-своему незаменима, это поршни, коленвал, шатуны, клапанный механизм. Смысловой нагрузки ГБЦ не несёт. Но без неё сейчас не существует, наверное, ни одного двигателя. Значит, определённый набор функций она всё же выполняет:

  • ремонтопригодность, без этого мотор станет одноразовым, а добираться к поршням и клапанам без снятия головки слишком сложно;
  • технологичность, при изготовлении мотор должен быть собран без применения сверхсложных операций, иначе его цена превысит все разумные пределы;
  • обеспечение теплового режима камеры сгорания и окружающих деталей;
  • смазка деталей газораспределительного механизма (ГРМ);
  • оптимальное расположение и конфигурация впуска-выпуска, свечей зажигания, а в дизелях и моторах с прямым впрыском — размещение форсунок (инжекторов);
  • установка массы дополнительных устройств, необходимость в которых возникает при повышении характеристик двигателей в ходе их технической эволюции.

От простого к сложному

Первые головки блока были больше похожи на то, что сейчас называется клапанной крышкой, только потолще и покрепче. С тех пор ситуация сильно изменилась. Что такое ГБЦ в автомобиле современной конструкции, можно узнать, обратившись немного к истории вопроса.

Нижнеклапанные и двухтактные

Эти двигатели не отличаются принципиальной сложностью, поэтому их головки представляли собой просто плиту, которой накрывался блок цилиндров. Напротив каждого поршня в плите размещались резьбовые отверстия для свечей зажигания. Все каналы впуска и выпуска, клапаны ГРМ, камера сгорания, включались в состав блока. Единственное занятие ГБЦ заключалось в отводе тепла, для чего в ней были сделаны водяные протоки или отливались рёбра воздушного охлаждения.

Двухтактным двигателям простота головок не мешала, а вот наличие клапанного механизма в четырёхтактниках при таком расположении и простоте головок резко ограничивало повышение мощностных показателей, разве что помочь могло наличие нагнетателя, поэтому клапаны просто просили конструкторов перенести их в состав ГБЦ.

Верхние клапаны со штанговым приводом

Сначала один, а потом и оба клапана были перенесены вверх, что позволило существенно улучшить способности двигателей. При этом головка уже начала походить на то, что мы имеем сейчас. В ней сформировались газовые каналы, появился распределительный механизм, хотя привод клапанов по-прежнему осуществлялся от расположенного внизу распредвала через разной длины штанги. Иногда их удавалось сделать короткими, но чаще они были такими, что на больших оборотах порождали вибрацию. Это снижало быстроходность двигателей.

OHC и DOHC

Радикально все вопросы были решены с переносом в головку ещё и распределительных валов. Иногда он был один, это работало в случаях применения двух или трёх клапанов на цилиндр, но добиться реально хорошего наполнения цилиндров позволила лишь система DOHC, что означает наличие двух распредвалов в головке блока и минимум четырёх клапанов на цилиндр. Плотная упаковка открывающихся клапанами проходных отверстий для газообмена в камере сгорания, которая теперь тоже была большей частью размещена в ГБЦ, позволяла максимально открыть отверстия большой площади для быстрого удаления отработанных газов и получения свежей порции горючей смеси.

Конструктивное исполнение

Узел полностью приобрёл тот вид, в котором он существует сегодня на большинстве автомобилей. Головка блока теперь включает в себя:

  • камеру сгорания, иногда очень причудливой формы для максимальной оптимизации процесса горения с точки зрения экономичности и мощности;
  • свечу зажигания, обычно одну на цилиндр, хотя эксперименты с парой свечей продолжаются;
  • весь набор клапанов, от двух до пяти на цилиндр;
  • механизмы регулировки клапанных зазоров, от самых простых — в виде подбираемых по толщине толкателей, до гидравлической компенсации за счёт нагнетания в толкатель масла под давлением;
  • распределительные валы, вращающиеся в отлитых в материале головки постелях, смазываемые под давлением из общей системы смазки двигателя;
  • фазорегуляторы или фазовращатели на торцах распредвалов, служащие для регулирования момента срабатывания клапанов в зависимости от оборотов;
  • иногда довольно сложные системы управления высотой подъёма клапанов, улучшающие работу при частичных нагрузках;
  • свечные колодцы, отлитые в ГБЦ между распредвалами, поскольку свечи сейчас стоят очень глубоко из-за выросших размеров узла.

Головку обычно отливают из алюминиевого сплава, поскольку он при малой плотности, а значит и массе, имеет тот же коэффициент теплового расширения, что и чугун со сталью. Хотя встречаются и чугунные головки, массивно, но очень надёжно.

В алюминий обработанной отливки запрессовываются направляющие клапанов, сделанные из стали или латуни, а также чугунные гнёзда под клапанные тарелки. Эти детали можно заменять по мере износа.

Читайте также  Для чего служит помпа в автомобиле?

Весь узел снабжён фланцами, на которые через шпилечное крепление устанавливаются впускные и выпускные коллекторы. В последнее время наметилась тенденция и эти детали также интегрировать в тело ГБЦ, что делает её ещё более сложной и дорогой, хотя незначительно улучшает экологические характеристики двигателя.

Конструктив ГБЦ очень сильно влияет на мощностные характеристики двигателя. Этому способствуют размеры и плавность аэродинамических линий впускных и выпускных каналов, а также общее сечение тарелок клапанов и форма камеры сгорания. Поэтому доработка головки, если это не было сделано при конструировании, является одним из самых главных направлений при тюнинге двигателей.

О прокладке

Прокладка головки блока расположена на самом главном стыке двух массивных деталей двигателя, и с точки зрения техники её герметичность обеспечить достаточно сложно. Детали могут неравномерно нагреваться, стык при этом подвержен короблению, края прокладки расположены в огневой зоне надпоршневого пространства, через тот же стык проходят каналы масла и охлаждающей жидкости.

Поэтому прокладку изготавливают или из специального термостойкого материала с металлической окантовкой отверстий, или в последнее время просто из тонкого листового металла в несколько слоёв. Особо снобистские конструкции вообще лишены прокладки, настолько точно там подгоняются поверхности.

Прокладка обладает строго регламентированной толщиной в сжатом состоянии, поскольку от этого зависит степень сжатия двигателя. Иногда предусматриваются ремонтные размеры, необходимые если головка или блок подвергались выравнивающей шлифовке при ремонте двигателя.

Возможные проблемы и ремонт

Чаще всего головку приходится снимать из-за повреждений прокладки. По разным причинам:

  • ошибки при монтаже, затяжка болтов не по установленной процедуре;
  • брак материала крепёжных болтов;
  • перегрев двигателя и деформация деталей;
  • детонация в цилиндрах, повлекшая пробой головки в зоне камеры сгорания;
  • утечки масла и охлаждающей жидкости из-за чрезмерной усадки прокладки;
  • установка ГБЦ без проверки заданной плоскостности привалочных поверхностей.

В сложных двигателях причин для демонтажа гораздо больше. Все детали, установленные в головках, имеют свой ресурс, он и так невелик в современных моторах, да ещё и проблема усугубляется применением некачественных рабочих жидкостей и их несвоевременной заменой:

  • от масляного голодания страдают шейки распредвалов и их постели;
  • из-за некачественного горючего или установки газового оборудования ускоряется износ тарелок клапанов и их сёдел;
  • детонация ведёт к появлению микротрещин в камерах сгорания, через которые в цилиндры проникают масло и антифриз;
  • при замене свечей разрушаются резьбовые отверстия;
  • происходит загиб стеблей клапанов из-за несвоевременного обслуживания привода ГРМ.

Снимать ГБЦ нужно не только при её неисправностях, но и при любом значительном ремонте двигателя. При этом обязательно производится и ремонт головки, хотя бы в профилактических целях. Обычно заменяются или притираются клапаны, меняются уплотнения их стеблей, регулируются тепловые зазоры. Перед установкой надо проверить сохранность нижней плоскости ГБЦ и при необходимости прошлифовать. То же касается и ответной части разъёма — привалочной плоскости блока цилиндров. Если всё выполнять правильно, то надёжность работы узла позволит владельцу не задумываться над вопросом: ГБЦ, что это такое в машине, по крайней мере, до капитального ремонта двигателя в целом.

Головка блока цилиндров: надежный партнер блока

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.

Что такое головка блока цилиндров?

Головка блока цилиндров (ГБЦ) — узел двигателя внутреннего сгорания, монтируемый в верхней части блока цилиндров.

ГБЦ является одной из основных частей ДВС, она обеспечивает его функционирование и обуславливает его основные эксплуатационные характеристики. Но головку возложен целый ряд функций:

• Формирование камер сгорания — в нижней части головки, расположенной непосредственно над цилиндром, выполняется камера сгорания (частично или полностью), ее полный объем формируется при достижении поршня ВМТ;
• Подача в камеру сгорания воздуха или топливно-воздушной смеси — в ГБЦ выполнены соответствующие каналы (впускные);
• Удаление из камер сгорания отработавших газов — в ГБЦ выполнены соответствующие каналы (выпускные);
• Охлаждение силового агрегата — в ГБЦ выполнены каналы водяной рубашки, по которым циркулирует охлаждающая жидкость;
• Обеспечение работы газораспределительного механизма (ГРМ) — в головке располагаются клапаны (со всеми сопутствующими деталями — втулками, седлами), открывающие и закрывающие впускные и выпускные каналы в соответствии с тактами работы двигателя. Также на головке может располагаться весь ГРМ — распределительный вал (валы) со своими подшипниками и шестернями, привод клапанов, пружины клапанов и другие сопутствующие детали;
• Смазка деталей ГРМ — в головке выполнены каналы и емкости, по которым масло поступает к поверхностям трущихся деталей;
• Обеспечение работы системы впрыска топлива (в дизельных и инжекторных моторах) и/или системы зажигания (в бензиновых моторах) — на головке монтируются топливные форсунки и/или свечи зажигания с сопутствующими деталями (а также свечи накаливания дизелей);
• Выполнение роли корпусной детали для монтажа различных компонентов — впускного и выпускного коллекторов, датчиков, патрубков, кронштейнов, роликов, крышки и других.

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.

Типы головок блока цилиндров

Головки блока цилиндров отличаются конструктивным исполнением, типом и расположением камеры сгорания, наличием и типом ГРМ, а также назначением и некоторыми особенностями.

ГБЦ могут иметь одно из четырех конструктивных исполнений:

• Общая головка для всех цилиндров в рядных двигателях;
• Общие головки для одного ряда цилиндров в V-образных двигателях;
• Раздельные головки для нескольких цилиндров многоцилиндровых рядных двигателей;
• Индивидуальные головки цилиндров в одно-, двух- и многоцилиндровых рядных, V-образных и иных двигателей.

В обычных 2-х – 6-цилиндровых рядных двигателях наиболее часто применяются общие головки, закрывающие все цилиндры. На V-образных двигателях находят применение как общие для одного ряда цилиндров ГБЦ, так и индивидуальные головки для каждого цилиндра (например, в восьмицилиндровых двигателях КАМАЗ 740 используются раздельные головки для каждого цилиндра). Раздельные ГБЦ рядных двигателей находят применение значительно реже, обычно одна головка закрывает 2 или 3 цилиндра (например, в шестицилиндровых дизелях ММЗ Д-260 установлено две головки — по одной на 3 цилиндра). Индивидуальные ГБЦ находят применение на мощных рядных дизельных моторах (например, на алтайских дизелях А-01), а также на силовых агрегатах особой конструкции (оппозитных двухцилиндровых, звездчатых и т.д.). И естественно, что на одноцилиндровых двигателях могут использоваться только индивидуальные головки, которые также выполняют функции радиатора воздушного охлаждения.

По расположению камеры сгорания головки бывают трех типов:

• С камерой сгорания в ГБЦ — в этом случае используется поршень с плоским днищем, или имеющий вытеснитель;
• С камерой сгорания в ГБЦ и в поршне — в этом случае часть камеры сгорания выполняется в днище поршня;
• С камерой сгорания в поршне — в этом случае нижняя поверхность ГБЦ плоская (но могут иметься углубления для установки клапанов в наклонном положении).

При этом камеры сгорания могут иметь различную форму и конфигурацию: сферическую и полусферическую, шатровую, клиновую и полуклиновую, плоскоовальную, цилиндрическую, сложную (комбинированную).

По наличию деталей ГРМ головки блока бывают:

• Без ГРМ — головки многоцилиндровых нижнеклапанных и одноцилиндровых двухтактных бесклапанных двигателей;
• С клапанами, коромыслами и сопутствующими компонентами — головки двигателей с нижним расположением распредвала, все детали располагаются на верхней части ГБЦ;
• С полным ГРМ — распредвалом, приводом клапанов и клапанами с сопутствующими деталями, все детали располагаются в верхней части головки.

Наконец, головки можно разделить по назначению на множество типов — для дизельных, бензиновых и газовых силовых агрегатов, для малооборотистых и форсированных моторов, для ДВС с водяным и воздушным охлаждением, и т.д. Во всех этих случаях ГБЦ имеют определенные конструктивные особенности — габариты, наличие каналов системы охлаждения или ребрения, форма камер сгорания и т.д. Но в целом конструкция всех этих головок принципиально одинакова.

Конструкция ГБЦ

Конструктивно головка блока цилиндров представляет собой цельнолитую деталь из материала с высокой теплопроводностью — сегодня это чаще всего алюминиевые сплавы, также используется белый чугун и некоторые другие сплавы. В головке формируются все детали располагающихся в ней систем — впускные и выпускные каналы, отверстия под клапаны (в них запрессовываются направляющие втулки клапанов), камеры сгорания, седла клапанов (они могут изготавливаться из более твердых сплавов), опорные поверхности для монтажа деталей ГРМ, колодцы и посадочные резьбовые отверстия для установки свеч и/или форсунок, каналы системы охлаждения, каналы системы смазки, колодец для пропуска цепи/ремня ГРМ и т.д. Если головка предназначена для двигателя с верхним расположением распредвала, то на ее верхней поверхности формируется постель для укладки вала (через вкладыши).

На боковых поверхностях ГБЦ формируются привалочные поверхности для монтажа впускного и выпускного коллекторов. Установка этих деталей осуществляется через уплотнительные прокладки, исключающие подсос воздуха и утечку выхлопных газов. На современных двигателях монтаж этих и других компонентов на головку осуществляется посредством шпилек и гаек.

На нижней поверхности ГБЦ выполняется привалочная поверхность для монтажа на блоке. Для обеспечения герметичности камер сгорания и каналов системы охлаждения между ГБЦ и БЦ располагается прокладка. Уплотнение может осуществляться обычными прокладками из паронита, материалов на основе каучуков и т.д., но в последние годы все шире используются так называемые металлопакеты — композитные прокладки на медной основе с синтетическими вставками.

Верхняя часть головки закрывается крышкой (штампованной металлической или пластиковой) с маслозаливной горловиной и пробкой. Монтаж крышки осуществляется через прокладку. Крышка защищает детали ГРМ, клапаны и пружины от загрязнений и повреждений, а также препятствует розливу масла во время движения автомобиля.

Монтаж ГБЦ на блок осуществляется посредством шпилек или болтов. Шпильки более предпочтительны для алюминиевых блоков, так как они обеспечивают надежный прижим головки и равномерно распределяют нагрузки в теле блока.

ГБЦ двигателей с воздушным охлаждением (мотоциклетных, мотороллерных и других) на внешней поверхности несут оребрение — наличие ребер многократно увеличивает площадь поверхности головки, обеспечивая ее эффективное охлаждение набегающим потоком воздуха.

Вопросы ТО, ремонта и замены ГБЦ

Головка блока цилиндров и смонтированные на ней компоненты подвергаются значительным нагрузкам, что приводит к их интенсивному износу и поломкам. Как правило, неисправности самой головки встречаются нечасто — это различные деформации, трещины, повреждения в следствие коррозии и т.д. При таких проблемах ГБЦ редко подвергается ремонту — ее лучше заменить на новую. Для замены следует подбирать головку того же типа и каталожного номера, в противном случае деталь просто не встанет на место (без доработок).

Чаще всего поломки ГБЦ возникают в установленных на ней системах — ГРМ, смазочной и т.д. Обычно это износ седел и втулок клапанов, самих клапанов, деталей привода, распределительного вала и т.д. Во всех этих случаях производится замена или ремонт неисправных деталей. Однако в условиях гаража некоторые виды ремонта выполнить затруднительно, например — выпрессовка и запрессовка направляющих втулок клапанов, притирка седел клапанов и другие работы возможны только при наличии специального инструмента.

Читайте также  Как глушить ГЛОНАСС в автомобиле?

Особое внимание следует уделять правильности монтажа ГБЦ. Важно помнить, что прокладка ГБЦ — одноразовая, ее необходимо обязательно менять в случае демонтажа головки, повторная установка этой детали недопустима. При монтаже ГБЦ следует соблюдать правильный порядок затяжки крепежа (шпилек или болтов): обычно работа начинается с середины головки с движением к краям. При такой затяжке обеспечивается равномерное распределение нагрузки на головку и предотвращаются недопустимые деформации.

В процессе эксплуатации автомобиля следует проводить ТО головки и расположенных в ней систем в соответствии с инструкцией и рекомендациями производителя. При своевременном проведении обслуживания и ремонта ГБЦ и весь двигатель будет работать надежно и эффективно.

Что такое ГБЦ в машине и за что отвечает? Устройство головки блока цилиндров

18 февраля 2018 Категория: Устройство автомобиля

Не многие новоиспеченные автовладельцы, впервые севшие за руль, знают, что головка блока цилиндров — одна из важнейших частей двигателя.

В этой статье мы расскажем о ГБЦ, что это такое в машине, устройстве головки и процессах, проходящих в ней. Также мы рассмотрим основные признаки пробоя головки блока цилиндров, которые помогут вам своевременно заметить неисправность силового блока, а также отслеживать его работоспособность.

ГБЦ, что это такое в машине?

Головка блока цилиндров или просто ГБЦ – важная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Знать это должен каждый автовладелец. Так как именно в головке тепловая энергия, образованная от сгорания топлива, превращается в механическую энергию движения. Именно в ней сосредоточенны основные механизмы, осуществляющие этот процесс. За это многие механики называют ГБЦ — «голова» или «башка», подразумевая, что она выполняет ведущую роль во всем блоке двигателя.

Из чего же состоит ГБЦ?

По своей структуре ГБЦ состоит из крышки и корпуса головки:

  1. Крышка головки защищает внутренние узлы и механизмы ГБЦ от внешних воздействий, а также не допускает протечек моторного масла. Сверху она имеет отверстие для заправки мотора маслом. Соединение крышки и корпуса головки осуществляется с помощью винтов и специальной многоразовой резиновой прокладки, которая не позволяет маслу просочиться между двумя составляющими.
  2. В свою очередь корпус головки является основой, в которой расположено большое количество важных узлов двигателя. Самыми простыми по своей структуре являются ГБЦ в двигателях с нижним расположением клапанов. Более сложную конструкцию имеют верхнеклапанные моторы.

В корпусе ГБЦ располагается множество важных составляющих, без которых запуск двигателя и его работа просто невозможна. Давайте разберемся, какие функции она выполняет и что в ней собственно имеется:

  • Частично или в полном объеме в ГБЦ расположены камеры сгорания.
  • Проходят каналы систем смазки и охлаждения.
  • Имеются фланцевые отверстия для впускного коллектора, который в зависимости от типа двигателя может подавать как топливную смесь, так и просто воздух.
  • Также в корпусе ГБЦ имеются отверстия для выпускного коллектора, через который осуществляется вывод отработавших газов.
  • В корпусе головки располагается площадка и отверстия для элементов газораспределительного механизма, элементов передачи распредвала и других узлов.
  • Имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания или форсунок.
  • В двигателях с верхним расположением распредвала имеются дополнительны опоры.

Все эти важные составляющие напрямую взаимодействуют с корпусом головки, которая также имеет и другое название – картер ГБЦ.

В месте, где корпус головки соприкасается с блоком цилиндров, внутренняя поверхность гладкая и несколько расширенная. Это позволяет ГБЦ плотно соединяться с блоком цилиндров, а также выдерживать сильные нагрузки, возникающие при работе двигателя.

Помимо этого между стыков двух составляющих предусмотрена прокладка. Делается она из армированного асбеста, так как именно этот материал способен выдерживать перепады давления газов и разницу температур, сохраняя при этом высокий уровень герметичности каналов маслопровода, охладительной системы и камеры сгорания. Однако такая прокладка является одноразовой и для повторного использования уже не пригодна.

Каким нагрузкам подвергается ГБЦ во время работы двигателя?

Во время работы мотора головка подвергается следующим нагрузкам:

  • Большой разнице температур;
  • Давлению отработанных газов;
  • Серьезным механическим воздействиям.

Во время сгорания топлива в разных участках головки перепады температур могут достигать до нескольких сотен градусов. Например, в районе камеры сгорания разогрев металла может быть около 300 градусов. Там же, где находятся каналы системы охлаждения, температура будет находиться в районе 90-95 градусов.

То же самое можно сказать и о давлении газов, образующихся при сгорании топлива. Неравномерные нагрузки, воздействующие на разные части ГБЦ, могут приводить к деформации металла. Чтобы предотвратить подобный исход к ГБЦ предъявляют особые требования, в частности:

  • Высокая прочность конструкции;
  • Длительный срок службы;
  • Строго выверенные размеры камеры сгорания и каналов;
  • Хорошая герметизация газовых стыков;
  • Простота конструкции, позволяющая осуществлять необходимый ремонт;
  • Минимальная масса и размеры.

Материалы изготовления головки блока цилиндра

Необходимую жесткость ГБЦ обеспечивает силовой каркас, а также материал, из которого ее изготавливают. В частности делают головку из алюминия или высококачественного чугуна способом точного литья.

Для карбюраторных и инжекторных двигателей, принцип работы которых основан на принудительном воспламенении, используют алюминиевые сплавы. Поскольку данный сплав гораздо легче чугуна, лучше охлаждается, а также способен гасить детонацию.

В дизельных двигателях, которые работают по принципу воспламенения топлива от сжатия, ГБЦ чаще изготавливают из чугуна. Это делают для того, чтобы основные детали двигателя были устойчивы к высоким нагрузкам и сильным механическим воздействиям. Хотя для маломощных дизельных двигателей ГБЦ могут изготавливать и из алюминия для уменьшения общей массы мотора.

После литья головка подвергается процессу фрезеровки, сверлению, а также специальной механической обработке. Даная процедура позволяет уменьшить напряжение металла, которое возникает в процессе изготовления ГБЦ.

Основные процессы, проходящие в ГБЦ

Разобравшись с вопросом о ГБЦ, что это такое в машине и из чего она состоит, стоит рассказать о процессах и механизмах, которые при работе двигателя она контролирует.

Как известно топливная смесь при горении выделяет отработанный газ, его нужно своевременно удалять. Эту функцию осуществляет газораспределительный механизм, расположенный в корпусе головки. Он состоит из системы клапанов, открывающихся последовательно на разных этапах работы цилиндров с помощью привода цепи.

В ГБЦ также расположен механизм контроля подачи топлива в рабочие камеры сгорания, а также механизм отвода отработанных газов из цилиндров. Весь этот процесс осуществляется за счет впускного и выпускного коллекторов.

В свою очередь при сгорании топлива не вся выделяемая энергия преобразуется в энергию движения. Часть горючего превращается в тепловую энергию, которая в большей степени и разогревает детали двигателя. Для того чтобы его охладить в корпусе головки предусмотрено охлаждение, которое представляет собой систему каналов где циркулирует охлаждающая жидкость.

Для смазки подвижных деталей в двигателе предусмотрена система маслопроводов, проходящая через головку блока цилиндров. А для обеспечения герметичности системы в ГБЦ размещаются маслосъемные колпачки и сальники распредвала.

Конструктивные особенности ГБЦ

В свою очередь форма ГБЦ для каждого двигателя индивидуальна и может меняться:

  1. В зависимости от расположения камер сгорания.
  2. Деталей зажигания и их относительного положения к цилиндрам.
  3. Расположения и общего количества деталей газоотводящей системы.
  4. Различных конструктивных особенностей конкретного двигателя.

Например, классическая форма головки однорядного двигателя закрывает несколько цилиндров одновременно. В V-образной конструкции мотора применяется несколько отдельных ГБЦ в одном двигателе, где каждый ряд цилиндров имеет свою головку. Такая конструкция практически предотвращает деформацию, так как каждая головка имеет достаточно малые размеры.

Также ГБЦ различаются по типу образования и подачи горючей смеси в камеры сгорания. За счет этого головки для карбюраторных и инжекторных двигателей имеют несколько различную конструкцию и отличаются:

  • Формой камер сгорания;
  • Конструкцией впускного коллектора;
  • Диаметром его клапана и каналов.

Имеются также конструктивные особенности и у ГБЦ дизельных моторов.

Особенности сборки двигателя после ремонта головки

Необходимую жесткость в головке обеспечивает силовой каркас. Он состоит из вертикальных бобышек, которые имеют углубления для болтов и основной опорной плиты, расположенной снизу.

Во время заводской сборки недопустимая деформация ГБЦ предотвращается строгой очередностью затяжки болтов или шпилек крепления с определенными нормами момента затяжки. Следовательно, после любого ремонта ГБЦ важно соблюдение этих строгих правил. Поскольку любой перекос нарушает герметичность соединения и приводит к порче прокладки или повреждении самой головки, которую впоследствии приходится менять.

Если при проверке двигателя после установки ГБЦ обнаруживаются подтеки масла или охлаждающей жидкости, то это говорит о неправильной затяжке болтов и о нарушении герметичности системы.

В свою очередь затяжка болтов осуществляется с применением динамометрического ключа, контролирующего этот процесс.

Каждая шпилька, каждый болт должны быть затянуты в строгом порядке и с контролем плотности прилегания. Причем момент затяжки для разных моделей двигателей может отличаться. В руководстве по эксплуатации эти данные редко можно найти, но в мануале по ремонту конкретного двигателя они точно будут.

Что случается при неисправностях ГБЦ?

Описывать все нюансы этого вопроса мы не будем, поскольку эта тема для отдельной статьи, но основные проблемы, связанные с неполадками ГБЦ, мы все же затронем. При пробое прокладки или самой головки можно наблюдать следующие явления:

  1. Масло может проникать в систему охлаждения. Выявить такую неполадку можно по антифризу, он будет иметь темный, мутный цвет с явными масляными отложениями, а также иметь специфический запах.
  2. Помимо этого антифриз может проникать в систему смазки. Вследствие этого уровень охлаждающей жидкости в бачке будет постоянно снижаться, а масла в двигателе становиться все больше. При проверке уровня масла в двигателе на щупе также можно наблюдать наличие белой пены, эмульсии.
  3. В связи с нарушением герметичности охлаждающая жидкость может попадать и в камеру сгорания. В этом случае белый дым из выхлопной трубы будет идти постоянно, а уровень антифриза в бачке постепенно снижаться.
  4. Помимо этого выхлопные газы из камеры сгорания могут проникать в систему охлаждения. Выявить проблему можно по выходящим пузырькам выхлопного газа из расширительного бачка во время работы двигателя.
  5. Также выхлопные газы могут попадать из одного цилиндра в другой или вырываться наружу через трещину в головке блока или при повреждении ГБЦ прокладки. Если же с выявлением проблемы во втором случае проблем не возникнет, то с первым вариантом все намного сложнее, так как видимых внешних повреждений в этом случае нет. Однако первыми сигналами таких протечек становится снижение мощности двигателя, повышенный расход топлива, затрудненный пуск мотора.

Любой из вышеприведенных признаков может указывать не только на поломку ГБЦ, но и любого другого взаимосвязанного компонента двигателя. Более того бывают случаи, когда ГБЦ деформируется вследствие неправильной работы других систем автомобиля, например, при нарушении работы системы охлаждения двигателя. Вследствие этой неполадки может произойти перегрев двигателя, который в кратчайшие сроки способен вывести силовой агрегат из строя.