Блок и головка цилиндров. Что такое ГБЦ в машине

Головка блока цилиндров – важнейшая часть любого двигателя автомобиля. Для его нужна головка блока цилиндров? Из чего она состоит? Каково предназначение ГБЦ? Как производится диагностика головки блока цилиндров, ремонт и замена? Сегодня мы постараемся ответить на все эти вопросы.

Применение первой головки осуществлялось со дня рождения самого первого двигателя. Без этой составляющей невозможно эксплуатировать ни один двигатель.

Устройство ГБЦ

Головка блока цилиндров – это верхняя часть двигателя, которая устанавливается на блок и закрывает его верхнюю часть.

Она имеет довольно сложную конструкцию, которая изготавливается, как правило, из алюминиевого сплава или специального легированного чугуна. Изнутри имеется много идеально гладких поверхностей – это еще раз подтверждает ее значимость в двигателе любого автомобиля. Чтобы достичь максимально герметичного соединения с двигателем, ее ширина снизу делается большей, а между двигателем и головкой устанавливается специальная прокладка.

Головка блока представляет собой отдельную деталь, на которую крепятся другие узлы. К ним относятся: распределительный вал (или валы, если он не один), клапана и их механизм, свечи зажигания, различные форсунки и многое другое. Камера сгорания находится непосредственно в ГБЦ, что указывает на то, что крепление впускных и выпускных коллекторов осуществляется на нее.

Количество головок может варьироваться, в зависимости от типа блока. Если блок имеет V-образную форму, то соответственно и количество головок будет две. На обычных, однорядных двигателях устанавливается одна ГБЦ.

Сверху на головку устанавливается крышка ГБЦ, которая защищает все ее узлы от попадания пыли и других инородных частиц. Для соединения, также применяется специальная уплотняющая прокладка. На верхней части крышки располагается заливное отверстие, через которое заливается масло. Это говорит о том, что масло попадает в картер именно через головку блока цилиндров.

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. Он располагается на головке блока цилиндров и приводит в действие клапанный механизм. Все это защищается от внешних воздействий именно при помощи ГБЦ.

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.

Диагностика неисправностей и ремонт головки блока цилиндров

В процессе эксплуатации, головка блока испытывает большие нагрузки. Это и механическое воздействие деталей, и высокие температуры, образуемые в камере сгорания. Чаще всего, все неисправности сводятся к тому, что двигатель перестает развивать требуемую мощность и начинает работать неустойчиво. Если регулировка механизмов, имеющих к этому отношению, не дают должного эффекта, значит, самое время провести ремонт головки блока цилиндров.

Диагностика неисправностей начинается с внешнего осмотра газораспределительного механизма, а также корпуса головки. На ней недолжно быть все возможных трещин, сколов и прочих дефектов.

Кстати о трещинах. Это самая страшная неисправность ГБЦ. Она может образоваться в результате воздействия больших температур. Чаще всего, это происходит из-за частых перегревов двигателя. Вначале, это будет микротрещина, которая постепенно будет разрастаться. О ее присутствии будет говорить наличие в охлаждающей жидкости остатков масла и появление соответствующих пузырей в бачке. Трещина в блоке нарушит герметизацию клапанного механизма, что приведет к ослаблению посадки многих деталей. Как следствие, снижение мощности двигателя, падение компрессии и т п. Ремонт блока с трещиной, как и с любыми другими механическими повреждениями не допустим, поэтому его подвергают замене.

При снятии ГБЦ проверяют нижнюю плоскость соединения с блоком цилиндров. Для этого, к ней прикладывается специальная линейка по диагонали всей длины ГБЦ. Контроль зазоров выполняется с помощью измерительного щупа. Нормой измерений можно считать зазор, не превышающий 0,06 миллиметров. Если эта величина больше, то плоскость подвергают шлифовке.

Проверка износа шеек опоры кулачкового вала и его подшипников выполняется с помощью микрометра. Результаты измерений необходимо сравнить с нормами, которые допустимы именно для вашей модели двигателя. Если имеются определенные отклонения, то, исходя из значений, принимается решение о способе ремонта.

Состояние таких деталей, как коромысла, седла и рычаги определяется с помощью внешнего осмотра. В том случае, когда фаска «утоплена», но стержень, при этом, находится в порядке, то ее нужно обработать. После этого, клапан можно применять снова.

Всевозможные внешние дефекты в виде царапин, заусенцев и т п. устраняются при помощи шлифовки. Данная процедура, прежде всего, касается тех мест, где необходима герметизация соединений.

Данная процедура выполняется при обнаружении серьезных повреждений корпуса ГБЦ. Как было сказано ранее, к ним относятся различные трещины и отломившееся части. Помимо этого, замена потребуется в случае, когда отклонения величины зазоров от нормы значительно превышают допустимые значения и в любых других случаях, когда невозможно провести ремонт.

Вместе с новой головкой, необходимо сразу подвергать замене прокладку ГБЦ, а также прокладку ее крышки. Данные элементы всегда заменяются новыми при установке новой головки.

Чтобы провести замену, необходимо отсоединить все части, которые препятствуют демонтажу ГБЦ. Ими могут быть – инжектор, карбюратор, впускные и выпускные коллекторы, механизмы распределения зажигания (свечи, бронепровода, трамблер), элементы системы охлаждения (патрубки), а также различные штекера и датчики. После этого демонтируют ремень или цепь привода газораспределительного механизма. На некоторых моделях двигателей еще и бензонасос.

После этого, откручивают гайки крепления крышки головки и снимают саму крышку. После этого, вы можете принимать решение по снятию головки блока. Допускаются варианты, когда разборка клапанного механизма и демонтаж распределительного вала производится после снятия ГБЦ или до его снятия. В первом случае, выполнить эту процедуру намного легче, потому что есть ряд деталей, открутить которые можно только с помощью надежной фиксации ГБЦ.

После полной разборки и снятия ГБЦ устанавливают новую деталь. Ее можно выполнять как с установленным на нем механизмом газораспределения, так и с перестановкой старых деталей на новую головку. В последнем случае, необходимо будет провести регулировку и подгонку клапанов, а также прочих элементов.

После установки ГБЦ, все снятые элементы устанавливаются в обратной последовательности. После этого, необходимо будет провести регулировку угла опережения зажигания и газораспределительного механизма.

Видео - Затяжка головки блока цилиндров

Показан способ затяжки головки двигателя в домашних условиях, так, чтобы потом не протягивать.

Пожалуй, это все, что нужно знать о головке блока цилиндров.

Головка блока цилиндров - верхняя часть двигателя, располагающаяся над . В зависимости от конструкции двигателя она может выполнять разное число функций: в типовых современных двигателях она закрывает верхние части цилиндров, формируя камеру сгорания, а также содержит в себе каналы для масла и охлаждающей жидкости и основную часть - (один или два), впускные и выпускные , впускные и выпускные каналы, а во многих случаях - и топливные форсунки. В некоторых случаях ГБЦ не просто формирует верхнюю крышку камеры сгорания, но также имеет свою часть этой камеры или специальные камеры впрыска - или .

Поскольку в камере сгорания при работе двигателя создается большое давление, головка блока цилиндров должна быть плотно притянута к блоку цилиндров. Для обеспечения герметичности их соединения между ними устанавливается прокладка ГБЦ, а головка по всей длине равномерно крепится к блоку большим количеством болтов.

Материал изготовления ГБЦ может быть различным: современные головки в большинстве своем изготавливаются из алюминия, но существуют и стальные, и чугунные ГБЦ. Основные преимущества алюминия - меньший вес и хорошее теплораспределение, однако алюминиевые головки несколько уступают стальным и чугунным по прочности и надежности.

ГБЦ современного мотора, в которой располагается клапанный механизм, сверху прикрыта специальной . Клапанная крышка прикрывает клапанный механизм, а съемной она сделана для обеспечения доступа к клапанному механизму для его ремонта и обслуживания - например, для так называемой регулировки клапанов, когда регулируется величина зазора между кулачком распредвала и приводом клапана. Как и поверхность между ГБЦ и блоком цилиндров, поверхность на стыке ГБЦ и клапанной крышки уплотняется специальной прокладкой.

Сколько ГБЦ может быть у двигателя?

Число головок блока цилиндров может быть различным в зависимости от двигателя. К примеру, моторы имеют одну ГБЦ, тоже обходятся одной головкой, а вот , и моторы в силу своей конструкции обязательно предполагают наличие двух головок блока цилиндров. Причины ясны: в них цилиндры (и в них) расположены под углом друг к другу, и верхние части камер сгорания значительно удалены друг от друга (в оппозитах - буквально на противоположную сторону мотора), поэтому каждая из групп цилиндров имеет свою ГБЦ.

Более экзотичные варианты - это радиальные моторы и тяжелая техника. В радиальных моторах - таких, где цилиндры отходят в стороны от , образуя «звезду» - число ГБЦ соответствует числу цилиндров, то есть, у каждого цилиндра имеется своя индивидуальная головка. Звездообразные двигатели широко использовались в авиации - такой можно увидеть на самолетах с носовым пропеллером.

Схема с индивидуальными головками блока для каждого цилиндра также применяется в моторах огромного объема для тяжелой техники - например, гигантских дизелей, используемых в судостроении, карьерных грузовиках, железнодорожных локомотивах и так далее. Такие двигатели, как правило, имеют обычную рядную компоновку, но использование индивидуальных ГБЦ для каждого цилиндра оправдано с точки зрения ремонта и обслуживания: для проведения этих работ гораздо проще и дешевле снять одну головку меньшего размера, нежели демонтировать огромную общую ГБЦ целиком. Кроме того, такая схема позволяет строить двигатели с разным числом цилиндров (и, соответственно, рабочим объемом и мощностью), не меняя конструкцию ГБЦ.

Тюнинг ГБЦ

Поскольку головка блока цилиндров современного мотора имеет множество функциональных ролей, содержа в себе ГРМ, часть впускного и тракта, часть системы впрыска и , она зачастую подвергается тюнингу.

Основные доработки самой ГБЦ обычно касаются оптимизации диаметра, формы и поверхности каналов, особенно впускных. Правильная форма канала минимизирует завихрения и улучшает наполняемость цилиндра, а увеличение диаметра канала позволяет увеличить объем подаваемого воздуха или топливовоздушной смеси. Однако стоит понимать, что в случае увеличения диаметра впускного канала при неизменности остальных параметров мотора падает скорость потока, что негативно сказывается на наполняемости цилиндра и характеристиках мотора на низких и средних оборотах. Таким образом, увеличение диаметра впускного канала должно сопровождаться увеличением объема подаваемого воздуха (к примеру, за счет повышения давления наддува турбины).

Еще одна характеристика мотора, которую можно изменись за счет доработки ГБЦ - это . Поскольку ГБЦ является верхней частью камеры сгорания, сточив ее нижнюю часть, можно уменьшить объем камеры сгорания и увеличить тем самым степень сжатия в цилиндре. Подобные методики применяются, к примеру, для адаптации старых моторов с низкой степенью сжатия, рассчитанных на применение бензина (АИ-80, АИ-76 и ниже), к наиболее распространенному сегодня АИ-92.

Конструкции ГБЦ в зависимости от типа конструкции двигателя

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 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 , и 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 : 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 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 , а также наличие , 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.

KnowCar - понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные - внизу сайта.

Двигатели ВАЗ имеют классическую конструкцию, они состоят из двух основных частей — блока цилиндров и головки блока цилиндров (ГБЦ). Блок — это горячее сердце, а ГБЦ — это холодная голова, которая заставляет мотор работать. О головках блока моторов ВАЗ, их назначении, устройстве и обслуживании читайте в данной статье.

Назначение и функции головки блока цилиндров

Все современные бензиновые двигатели имеют одинаковую конструкцию, отличаясь лишь деталями. Каждый мотор состоит из двух основных частей — блока цилиндров и головки блока цилиндров (ГБЦ), которая как крышка накрывает блок. Такую разъемную конструкцию имеют и моторы Волжского автозавода (ВАЗ).

Головка блока цилиндров выполняет несколько основных функций:

• Обеспечение необходимой формы и герметичности камер сгорания;
• Выполнение функций газораспределения — ГБЦ служит корпусом для всего газораспределительного механизма, в головке же располагаются впускные и выпускные каналы;
• Обеспечение достаточной механической и тепловой прочности;
• Смазка ГРМ;
• Охлаждение камер сгорания со всей верхней частью двигателя (а также обеспечение герметичности водяной рубашки мотора);
• Обеспечение надежного монтажа для установки свечей зажигания, внешних элементов ГРМ и иного оборудования.

Таким образом, головка блока играет очень важную роль в двигателе, делая в принципе возможной его работу. Поэтому любая неисправность, деформация или повреждение ГБЦ или ее отдельных компонентов влечет за собой ухудшение работы двигателя, а в ряде случаев и полный отказ силового агрегата.

Устройство ГБЦ двигателей ВАЗ

Все описанные выше функции головка блока выполняет с помощью встроенных в нее деталей и целых узлов. Основу головки составляет цельнолитая деталь, изготовленная из прочного алюминиевого сплава, который обладает высокой теплопроводностью, а также некоторой вязкостью — она необходима для прочного прилегания головки через прокладку к блоку цилиндров.

В ГБЦ имеется ряд отверстий, полостей и углублений различной формы и назначения:

• Камеры сгорания;
• Полости водяной рубашки охлаждения (в головках современных типов там же располагаются и ребра жесткости);
• Впускные и выпускные каналы;
• Каналы для установки клапанов;
• Шахта для цепи ГРМ (в ГБЦ моторов ВАЗ «Классика»);
• Отверстия под установку свечей зажигания, датчиков (температуры, фаз, давления масла) и других деталей;
• Отверстия для болтов, с помощью которых головка прикручивается к блоку;
• Масляные каналы;
• Масляная ванна для смазки деталей ГРМ;
• Место для установки пенала с распределительным валом (на моделях ВАЗ «Классика»);
• Постель для установки распределительного вала (на поздних моделях ВАЗ).

На головку блока цилиндров тем или иным способом устанавливается ряд деталей и целых узлов, в том числе:

• В специальные каналы запрессовываются направляющие втулки клапанов;
• В верхней части камер сгорания устанавливаются седла клапанов (в ранних моделях — чугунные, в поздних — металлокерамические);
• Клапаны, пружины, рычаги привода клапанов и т.д.;
• Распределительный вал (или два вала в современных моделях) с подшипниками, сальниками и заглушками, в моделях ВАЗ «Классика» — вал с пеналом, в поздних моделях — алюминиевый корпус подшипников распределительного вала (в двигателях ВАЗ-2108, 2109, 21099 и некоторых моделей десятого семейства таких корпуса два, в двигателях актуальных моделей Lada — один, но большого размера);
• Впускной коллектор или дроссельный узел;
• Выпускной коллектор;
• Тройник для соединения ГБЦ с системой охлаждения;
• Свечи зажигания;
• Датчики температуры охлаждающей жидкости, аварийного падения давления масла, фаз ГРМ и другие;
• Успокоитель и натяжитель цепи или ремня привода ГРМ;
• Провод «массы»;
• Топливопровод;
• На многих моделях головок — трамблер, генератор и другие детали.

Сверху головка блока цилиндров закрывается с помощью крышки, которая выполняет защитные функции — она оберегает детали ГРМ от внешних воздействий. В крышке предусмотрена горловина для заливки масла, а также отверстия для болтов, с помощью которых крышка крепится к ГБЦ. Установка крышки производится через прокладку.

Сама головка блока ВАЗ устанавливается на блок цилиндров чрез прокладку, монтаж осуществляется на десяти болтах (во всех моделях), во многих головках есть и одиннадцатый болт, прикручиваемый сбоку. Прокладка обеспечивает необходимую герметичность камер сгорания, а также в некоторых пределах регулирует их объем.

В целом, ГБЦ автомобилей ВАЗ , особенно ранних моделей («Классика») имеют довольно простое устройство, поэтому обладают высокой надежностью и долговечностью. И благодаря своей конструкции их можно обслуживать и ремонтировать самостоятельно, без помощи специалистов. Этим пользуются очень многие владельцы старых «Жигулей», «Самар», «Спутников», ВАЗ десятого семейства, современных «Калин», «Приор» и «Грант», а также оснащенных теми же двигателями «Нив».

Типы головок блока цилиндров двигателей ВАЗ

В настоящее время Волжский автозавод выпускает большое количество (несколько десятков) моделей и модификаций двигателей для своих автомобилей, и практически на каждом из них используется своя головка блока. Однако все головки ВАЗ по ряду признаков можно разделить на группы.

По типу образования и подачи горючей смеси в камеры сгорания:

• Головки для классических карбюраторных двигателей;
• Головки для двигателей с системой впрыска топлива (инжекторные двигатели).

Все модели ВАЗ вплоть до десятого семейства изначально оснащались классическими карбюраторными двигателями, только в 2000-х годах Волжский автозавод стал устанавливать на моторы систему впрыска топлива. Все современные модели оснащаются инжекторами, однако такие моторы устанавливались и на многие автомобили ВАЗ «Классика» поздних выпусков (главным образом, на ВАЗ-2107). ГБЦ для инжекторов отличаются от ГБЦ для карбюраторных двигателей формой камер сгорания, креплением впускного коллектора и некоторыми другими деталями.

По количеству клапанов:

• ГБЦ традиционной конструкции с 8 клапанами;
• ГБЦ современной конструкции с 16 клапанами.

Сегодня 8-клапанные двигатели все еще находят самое широкое применение, в том числе и на новых моделях (Lada Kalina и другие). Однако большинство новых автомобилей ВАЗ оснащаются 16-клапанными двигателями.

Наконец, все головки можно разделить на несколько типов по назначению:

• ГБЦ индивидуальной конструкции для моторов моделей ВАЗ «Классика»;
• Унифицированные головки 21011-1003011-10 для всех двигателей ВАЗ «Классика»;
• Головки для моделей ВАЗ-2108, 2109 и 21099, а также 2113, 2114 и 2115;
• Головки для двигателей моделей десятого семейства ВАЗ-2110, 2111 и 2112;
• ГБЦ для карбюраторных двигателей автомобиля ВАЗ-2121 «Нива»;
• Головки для инжекторных двигателей ВАЗ «Классика» и «Нива»;
• Головки для новых двигателей Lada Kalina, Priora и Granta (разные для 8-ми и 16-клапанных моторов, а также для моторов с одним и двумя распределительными валами).

Необходимо отметить, что все моторы для классических моделей имеют принципиальное отличие от моторов автомобилей семейств «Самара», «Спутник» и более поздних. Дело в том, что на первых «Жигулях» (и вплоть до моделей ВАЗ-2107) двигатель имел продольное расположение, то есть — ось мотора (которую можно условно проложить по коленчатому валу) располагалась вдоль продольной оси автомобиля. А на более поздних моделях (начиная с ВАЗ-2108) двигатель стал располагаться поперечно. Это наложило свой отпечаток на конструкцию двигателя, в том числе и на конструкцию ГБЦ.

Головки блока ранних моделей имеют два основных отличия от головок поздних моделей:

• В ГБЦ моторов ВАЗ-2101 — 2107 имеется шахта для цепи ГРМ, в более поздних двигателях привод ГРМ укрыт декоративной пластиковой накладкой;
• В ГБЦ ранних моделей распределительный вал укладывается в отдельный «пенал», в более поздних моделях распредвал укладывается непосредственно в головке, и сверху укрывается крышками (а в самых новых моделях — корпусом подшипников вала ГРМ).

Конечно, есть и иные отличия, которые незаметны на первый взгляд — иная геометрия и размеры камер сгорания, впускных и выпускных клапанов, другое расположение полстей водяной рубашки и т.д.

Особую категорию составляют головки блока ВАЗ для тюнинга. Волжские моторы имеют неплохой потенциал для форсирования и улучшения работы, однако при массовом производстве реализовать все возможности мотора невозможно по экономическим и иным причинам. А улучшить работу мотора можно с минимальными доработками ГБЦ — изменением формы и объема камер сгорания, установкой других клапанов, преобразованием форм и сечений впускных и выпускных каналов и т.д. Все это реализуется в специальных головках для тюнинга двигателей ВАЗ — установка такой головки повышает мощность двигателя, делает его работу более стабильной и надежной, хотя не всегда это хорошо сказывается на экономичности. Сегодня тюнинговые ГБЦ для ВАЗ становятся все более популярными, но более широкому их распространению мешает относительно высокая стоимость.

Запомнить все разновидности моторов и головок блока цилиндров, используемых на всех моделях ВАЗ, могут только постоянно работающие с этими деталями специалисты, поэтому перед покупкой новой ГБЦ или деталей для нее необходимо уточнить модель и модификацию мотора, а также каталожные номера всех деталей. Эта предосторожность будет нелишней, и она позволит избежать проблем с ремонтом двигателя старых «Жигулей» и новых автомобилей Lada.

Головка блока цилиндров во время эксплуатации не требует какого-то специального обслуживания (за исключением рекомендации избегать перегрева двигателя — вследствие этого головку может просто-напросто повести), однако ГБЦ и установленные в ней детали периодически могут выходить из строя, что потребует ее снятия и ремонта.

Наиболее часто головку блока ВАЗ приходится снимать для замены прокладки, расположенной между ней и блоком. О том, что пора снять ГБЦ и заменить прокладку могут говорить следующие признаки:

• Появление подтеков масла на линии соединения головки и блока;
• Утечка охлаждающей жидкости через прокладку наружу или в картер двигателя (последнее определяется с помощью масляного щупа — масло в этом случае становится мутным, зачастую приобретает бурый оттенок);
• Прорыв газов из камер сгорания в водяную рубашку (о чем могут свидетельствовать выбросы охлаждающей жидкости при открытии пробки радиатора на работающем двигателе).

Однако существуют и иные неисправности, которые требуют снятия головки ГБЦ — замена клапанов, ремонт поршневой группы и другие.

Снятие ГБЦ

О том, как производится снятие головки блока цилиндров , подробно описано в инструкции по эксплуатации автомобиля, поэтому здесь лишь вкратце опишем общий порядок выполнения этой работы. Обычно данная операция производится следующим образом:

1. Поставить автомобиль на ровную площадку, зафиксировать с помощью ручного тормоза, рычаг переключения передач установить в нейтральное положение;
2. Отсоединить от аккумулятора провод «массы» (минусовой);
3. По меткам на шкивах (или шестернях) и двигателе установить первый цилиндр в ВМТ (на новых моделях для этого предварительно необходимо открутить защитный кожух привода ГРМ);
4. Слить из двигателя охлаждающую жидкость;
5. Отсоединить все подключенные к ГБЦ провода — бронепровода свечей зажигания, провода датчиков, клеммы подключения «массы» и т.д.;
6. Отсоединить от ГБЦ патрубки системы охлаждения, топливопроводный шланг и иные трубки;
7. На некоторых моделях — открутить трамблер, генератор и другие детали;
8. Освободить карбюратор или дроссельный узел от патрубков, проводов, тросов и других деталей;
9. Открутить от выпускного коллектора приемную трубу глушителя;
10. С помощью специального инструмента демонтировать шестерни, натяжные ролики и другие детали привода ГРМ;
11. Снять крышку ГБЦ;
12. Открутить десять болтов крепления головки к блоку;
13. Снять ГБЦ.

Теперь можно заменить прокладку либо произвести ремонт головки, для чего от нее откручиваются впускной и выпускной коллекторы, а она разбирается дальше (рассухариваются и вынимаются клапаны, снимается распределительный вал и т.д.). Но в любом случае снятую головку необходимо всесторонне осмотреть и проверить ее состояние, о чем рассказано ниже.

Необходимо обратить внимание на два очень важных момента. Во-первых, болты головки необходимо откручивать в определенном порядке и по определенной схеме. Обычно откручивание начинается с центральных болтов, а последними отворачиваются крайние болты, причем сначала все болты нужно ослабить (не более чем на один оборот), а уже затем полностью выкручивать.

Во-вторых, съем головки блока необходимо производит очень аккуратно, чтобы не повредить ее, особенно ее нижнюю (привалочную) поверхность. Поэтому при снятии ГБЦ ни в коем случае нельзя поддевать ее отверткой или иными инструментами, лучше сдвинуть головку вбок, а затем поднять руками. В некоторых двигателях можно приподнять головку, с помощью импровизированного рычага из отвертки, подложенной под выпускной коллектор.

Снятую головку необходимо укладывать только нижней стороной на ровные и чистые деревянные бруски — это предотврати нижнюю часть от царапин и деформаций. И, конечно же, ни в коем случае нельзя бросать головку, так как при падении она может получить серьезные повреждения и будет непригодна для дальнейшего использования.

Проверка, ремонт и замена деталей головки

При снятии головки блока цилиндров даже для замены прокладки стоит провести ее проверку, а при необходимости и ремонт. В первую очередь необходимо выполнить следующее:

• Очистить нижнюю часть головки и верхнюю часть блока цилиндров от остатков старой прокладки (это нужно делать без применения острых предметов), необходимо добиться, чтобы эти поверхности были сухими и блестящими;
• Промыть ГБЦ, очистить нагар с камер сгорания, удалить масло из всех каналов и отверстий и т.д. Также необходимо промыть масляные каналы, для чего в них (после заглушки вертикального канала) на 15-20 минут заливается бензин. В новых моделях двигателей Lada бензином промыть нужно и корпус подшипников распредвала (в него также на 15-20 минут наливается бензин, тереть корпус не нужно, так как в этом случае есть риск его повреждения);
• Проверить головку на предмет трещин, сколов, вмятин и иных деформаций, ГБЦ с трещинами или повреждениями подлежит замене;
• Проверить все отверстия и опорные поверхности на предмет износа, задиров, прогорания и иных повреждений (седла клапанов, опорные поверхности подшипников и других);
• Такую же проверку провести в отношении движущихся и соприкасающихся деталей — толкателей и втулок клапанов, кулачков, коромысел и других. Особенно тщательно нужно проверить кулачки и опорные поверхности распределительного вала, при обнаружении задиров или глубоких борозд вал нужно заменить;
• Проверить клапаны, зазоры между ними и втулками, очистить их от нагара;
• Проверить целостность и геометрию пружин клапанов и других деталей ГРМ;
• Проверить геометрию (плоскостность) всех гладких поверхностей — нижней (привалочной), а также поверхностей крепления впускного и выпускного коллекторов. Проверка производится с помощью металлической линейки — ее необходимо прикладывать ребром вдоль и по диагоналям поверхности, и с помощью щупа измерять толщину появляющихся при этом щелей. Допускается отклонение от плоскостности не более чем в 0,1 мм, в противном случае необходимо либо шлифовать неровную поверхность, либо установить новую головку;
• Произвести проверку герметичности водяной рубашки. Для этого необходимо плотно закрыть выходное отверстие водяной рубашки, и налить в нее керосин или иную текучую жидкость. Если в течение 15-20 минут уровень жидкости останется неизменным, значит ГБЦ герметична, падение уровня жидкости говорит о наличии трещин или иных повреждений, в этом случае головка подлежит замене;
• Произвести проверку герметичности прилегания клапанов. Для этого нужно перевернуть головку и налить в камеры сгорания керосин или иную текучую жидкость. Если в течение 3 минут уровень жидкости останется неизменным, то клапаны хорошо прилегают к седлам, если же уровень жидкости понизился, то стоит притереть клапаны;
• Измерить длину болтов крепления ГБЦ. Дело в том, что болты с течением времени становятся длиннее (вытягиваются), и подлежат замене. В старых моделях длина болтов должна быть не более 135,5 мм, в новых — не более 98 мм.

После проверки принимается решение о ремонте или полной замене головки блока цилиндров и ее отдельных деталей. В ряде случаев провести ремонт собственными силами невозможно (например, при необходимости шлифовки привалочной поверхности), поэтому имеет смысл обратиться в сервисный центр. Однако такой ремонт довольно дорог, занимает много времени и не всегда приводит к ожидаемым результатам, поэтому иногда проще и дешевле купить и установить новую головку двигателя.

Установка ГБЦ на двигатель

Монтаж головки блока ВАЗ — дело едва ли более простое, чем демонтаж. Здесь необходимо строго придерживаться инструкций и некоторых правил.

Перед установкой головку нужно собрать (если она была разобрана), а на блок обязательно уложить новую прокладку (замена прокладки производится каждый раз после снятия ГБЦ). Далее необходимо смазать маслом все болты крепления головки и резьбовые отверстия, после чего без натяга вкрутить их в головку. Закручивание болтов производится строго по инструкции, обычно затяжка начинается с центральных болтов, однако в некоторых моделях все производится с точностью наоборот, то есть — с крайних болтов, постепенно передвигаясь к центральным.

Болты вкручиваются в несколько этапов, причем на каждом этапе необходимо прикладывать определенное усилие:

• Сначала все болты вкручиваются с усилием около 20 Н·м (хотя для некоторых головок усилие может достигать 40 Н·м и более);
• Затем каждый болт подтягивается с усилием от 74 до 120 Н·м;
• В последнюю очередь затягивается одиннадцатый болт сбоку ГБЦ, к которому прикладывается усилие в пределах 30-40 Н·м.

То есть, для затяжки головки блока необходимо иметь динамометрический ключ, без него выполнить работу правильно не получится.

В современных головках ВАЗ находят применение болты TTY (Torque-To-Yield — «крутящий момент до предела текучести»), имеющие ряд отличий от обычных болтов. Такие болты затягиваются не с тем или иным усилием, а на определенный угол, для чего нужен специальный ключ. Болт TTY при затяжке деформируется, практически достигая предела текучести (то есть, почти ломаясь), но при этом повышается его усталостная долговечность, что обеспечивает надежную фиксацию ГБЦ на блоке в течение длительного времени. Однако болты TTY являются одноразовыми и после снятия головки их обязательно необходимо заменить новыми.

При правильной затяжке болтов головка блока ВАЗ надежно фиксируется на блоке цилиндров, обеспечивая номинальные технические характеристики двигателя. Если же провести затяжку болтов с нарушением инструкций и рекомендаций, то почти наверняка совсем скоро двигатель потребует нового ремонта и серьезных затрат.

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.

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.

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

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

Неотъемлемой частью любого поршневого двигателя является головка блока цилиндров (ГБЦ), которая обеспечивает работу сразу нескольких систем. О том, что такое ГБЦ, какими бывают эти детали, как они устроены и работают, а также о правильном обслуживании, выборе и замене головок — узнайте в этой статье.

Назначение головки блока цилиндров и ее место в двигателе

(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.

Классификация ГБЦ

Современные ГБЦ можно классифицировать по расположению и форме камеры сгорания, конструктивному исполнению, наличию деталей газораспределительного механизма и назначению (применяемости).

ГБЦ могут иметь различные по расположению и конструкции камеры сгорания (КС):

• КС, отформированные полностью в головке. В моторах с такими ГБЦ используются плоские поршни, при их подходе в ВМТ весь объем КС формируется головкой;
• КС, частично отформированные в головке и частично расположенные в поршне. В моторах с такими ГБЦ поршни имеют выемки в днище, которые являются частью КС;
• КС, расположенные полностью в поршне. В таких моторах нижняя плоскость головки практически плоская (с выемками для клапанов и каналов), а КС полностью отформирована в днище поршня.

КС могут иметь различную форму, которая определяет эффективность смесеобразования, сгорания топливно-воздушной смеси, отвода отработанных газов и т.д. наиболее распространенными формами КС являются сфера, полусфера, шатер, клин и полуклин, и другие. Однако на современных моторах все чаще встречаются КС сложной (комбинированной) формы, сочетающие в себе лучшие качества простых по форме камер.

В отдельную группу относятся форкамерные ГБЦ, в которых помимо основной КС выполнена связанная с ней малая камера для предварительного воспламенения горючей смеси.

Головки выпускаются трех конструкций:

• Общая ГБЦ для всех цилиндров рядного двигателя или одного ряда V-образного силового агрегата;
• Групповые ГБЦ рядных и V-образных моторов, закрывающих только часть (обычно половину) цилиндров одного ряда;
• Раздельные (индивидуальные) ГБЦ для каждого цилиндра.

Наиболее широкое применение получили общие головки, которые сегодня используются на рядных и V-образных двигателях малого и среднего объема. На мощных многолитровых и многоцилиндровых моторах, особенно дизельных, чаще используются индивидуальные ГБЦ — такое решение продиктовано необходимостью снижения массы головок и расхода металла на их изготовление. Кроме того, наличие отдельных головок значительно облегчает и ускоряет процесс обслуживания и ремонта деталей цилиндра (поршня, ГРМ и других).

Делятся на группы по наличию и комплекту газораспределительного механизма:

• Без деталей ГРМ — к этой группе относятся ГБЦ старых нижнеклапанных и нижневальных многоцилиндровых моторов, а также современных двухтактных бесклапанных моторов (мотоциклов и малой техники);
• С отдельными деталями ГРМ — клапанами и приводами клапанов (коромыслами и сопутствующими компонентами);
• Со всем механизмом газораспределения — к этой группе относится большое число современных моторов, в ГБЦ которых располагается распредвал, клапаны и их привод, а также вспомогательные механизмы и датчики.

Наконец, ГБЦ подразделяются на множество групп по применяемости и некоторым особенностям:

• Для дизельных и бензиновых моторов (а также и для моторов с газобаллонным оборудованием);
• Для агрегатов с жидкостным и воздушным охлаждением;
• Для моторов с различными режимами работы (обычных и форсированных).

Однако, независимо от типа и особенностей ГБЦ, все они имеют похожую конструкцию и принцип работы.

Устройство головок блока цилиндров

Основой конструкции ГБЦ является цельнолитая или фрезерованная деталь из облегченного алюминиевого сплава или белого чугуна. В ГБЦ различными методами формируются основные детали:

• Камеры сгорания;
• Впускные и выпускные каналы;
• Каналы с запрессованными в них втулками клапанов;
• Седла клапанов (во многих двигателях — упрочненные токами высокой частоты или иным способом, либо в виде отдельных деталей, изготовленных из более прочного металла);
• Каналы системы охлаждения;
• Масляные каналы;
• Опорные поверхности под детали ГРМ — стоек оси коромысел, постели распределительного вала и других;
• Резьбовые отверстия под монтаж свечей зажигания, топливных форсунок, свечей накаливания;
• Поверхности сопряжения и крепежные отверстия для монтажа различных деталей — впускного и выпускного коллекторов, крышки ГБЦ, разнообразных датчиков и т.д.;
• Сквозные отверстия для монтажных шпилек/болтов.

Все предусмотренные поверхности сопряжения полируются для достижения максимально плотного прилегания деталей. Монтаж коллекторов, крышки и ряда других деталей выполняется через уплотнительные элементы (прокладки). В чугунных головках монтаж обычно ведется с помощью болтов, в алюминиевых — чаще используются шпильки, которые вворачиваются один раз на предприятии-изготовители и в дальнейшем не трогаются.

Вся нижняя поверхность ГБЦ также полируется — она образует привалочную поверхность для монтажа на блок и формирования камер сгорания. Монтаж ГБЦ также выполняется через прокладку определенной толщины. В настоящее время наиболее широко используются композитные прокладки — как традиционные паронитовые (из прессованного искусственного каучука с асбестовым волокном), так и современные многослойные металлопакеты (на основе медного листа с синтетическими вставками).

ГБЦ в сборе устанавливается на верхнюю часть блока цилиндров, ее фиксация осуществляется с помощью наворачиваемых на шпильки гаек (в случае алюминиевого блока) или ввертываемых непосредственно в блок болтов (в случае чугунного блока). На головку устанавливается сплошная или составная крышка, обеспечивающая защиту деталей ГРМ и предотвращающая потери моторного масла.

Как правильно подобрать и заменить ГБЦ

Сама по себе ГБЦ — надежная и долговечная деталь, которая может без каких-либо проблем служить многие годы. Однако на ней установлено множество деталей, неисправность которых может потребовать демонтажа или иных манипуляций с ГБЦ. При нормальной эксплуатации транспортного средства снимать головку без надобности не рекомендуется, так как это приводит к ухудшению качества крепежа, а кроме того, при последующем монтаже необходимо использовать новую прокладку (что ведет к лишним расходам).

О замене ГБЦ придется задуматься в случае серьезных повреждений — сквозных трещин, сколов и отломов, изменении геометрии и т.д. Для замены необходимо выбирать головку той же модели (а главное — каталожного номера), что была установлена на двигателе ранее. "Неродная" головка просто не встанет на свое место и не обеспечит необходимых характеристик двигателя. Однако следует заметить, что ГБЦ других типов нередко используются при тюнинге двигателя, но эта работа гораздо более сложна простой замены деталей и выполняется только профессионалами, поэтому ее здесь мы не рассматриваем.

Приобретается в комплекте с прокладкой и комплектом уплотнителей (для коллекторов, крышки, датчиков и т.д.), применение старых уплотнительных элементов недопустимо! Монтаж новой головки следует выполнять в строгом соответствии с инструкцией по ТО и ремонту транспортного средства, особое внимание следует уделять порядку затяжки гаек/болтов и прилагаемому к ним усилию. Несоблюдение этих рекомендаций может привести к поломке ГБЦ.

В дальнейшем ГБЦ требует минимального внимания (чего нельзя сказать об установленных на ней деталях), и при правильном монтаже и бережной эксплуатации она будет обеспечивать надежное функционирование мотора.