ГБЦ: конструкция, описание, функция, принцип работы

Какую задачу выполняет головка блока цилиндров

Без лишнего пафоса и преувеличения можно сказать, что основную. Об этом можно судить по тем механизмам и деталям двигателя, которые размещает в себе головка блока цилиндров.

• Камера сгорания.
• Место для ГРМ (газораспределительный механизм).
• Рубашка охлаждения.
• Места для форсунок либо свечей зажигания.
• Смазочные каналы.
• Впускные и выпускные клапаны.

Выполняется головка блока цилиндров двигателя из алюминиевого сплава, и крепится к блоку цилиндров специальными болтами. К раскрутке и затяжке болтов ГБЦ существуют определенные требования, так как от правильности соблюдения технологии зависит герметичность соединения ГБЦ и блока.

С учетом того, что ремонт ГБЦ зачастую выполняется в гаражных условиях своими руками, нужно знать, что слабая затяжка болтов крепления ГБЦ приводит к пробою прокладки, что чревато не только потерей масла и охлаждающей жидкости, но и приводит к снижению компрессии в цилиндрах двигателя.

А слишком большое усилие при затяжке ГБЦ может вызвать деформацию корпуса головки, и тогда придётся восстанавливать плоскость ГБЦ.

Основные требования к затяжке болтов ГБЦ, это соблюдение схемы затяжки, технологии и момента затяжки болтов. Как правило, для каждого типа двигателей существуют свои параметры затяжки, которых нужно строго придерживаться.

Размещение цепного привода распредвала и натяжителя цепи, предусмотрено в специальной полости в передней части головки блока цилиндров.

Для свечей зажигания выполняются резьбовые соединения в необходимом количестве. Справа ГБЦ выполняются резьбовые отверстия для шпилек крепления коллекторов: выпускного и впускного.

Для таких деталей, как корпуса подшипников распредвала, втулок опор рычагов, опорных шайб клапанных пружин и направляющих втулок клапанов сверху головка блока цилиндров имеет отверстия и площадки.

В месте соединения блока цилиндров и головки блока цилиндров двигателя устанавливается металлоасбестовая прокладка.

Для однорядных двигателей предусматривается одна, общая головка блока цилиндров, для многорядных ГБЦ по количеству рядов.

Сверху ГБЦ закрывает крышка головки блока цилиндров укомплектованная резиновой прокладкой.

История создания

Первый рядный блок цилиндров двигателя придумал немецкий изобретатель Николаус Август Отто, именно он в 1876 году разработал очень эффективный для того времени бензиновый двигатель. V-образный вариант в 1889 году сконструировал Готлиб Даймлер, когда принимал участие в создании усовершенствованного двухцилиндрового двигателя.

После этих событий деталь прошла длинный путь эволюции и стала такой, какая она есть в большинстве современных моторов.

Материал изготовления блока цилиндров

Чугун – традиционный материал, из которого до недавнего времени изготавливались блоки. Чугун применяется с добавками: никель, хром. Положительные качества чугунного блока цилиндров: меньшая чувствительность к перегреву, жёсткость, необходимая при высокой степени форсировки двигателя. Минус – большая масса, которая влияет на динамику легкового автомобиля.

Алюминий – занимает второе место в изготовлении блоков цилиндров. Положительными качествами алюминиевого блока являются: лёгкость и лучшее охлаждение. Как недостаток отмечается проблема с подбором материала, из которого должен выполняться цилиндр.

В современных условиях, для изготовления цилиндров в алюминиевые блоки цилиндров двигателя разработаны технологии: Locasil – запрессовка гильз из алюминий — кремния, Nicasil – в виде никелевого покрытия на алюминиевой поверхности блока цилиндров.

Недостатком никасиловой технологии считается то, что при прогаре поршня или обрыве шатуна, никелевое покрытие выходит из строя и блок цилиндров не подлежит ремонту. Он меняется в сборе. В отличие от чугунного, который подвергается расточке и гильзованию ремонтным комплектом.

Блок цилиндров из магниевого сплава сочетает в себе твердость чугунного, и лёгкость алюминиевого. Но, такой блок очень дорогое удовольствие и на конвейерном производстве не применяется.

Каждый из материалов имеет свои плюсы и минусы, поэтому однозначно заявлять какой из них лучше, некорректно.

Рассмотрим, какую функцию выполняет голова блока цилиндров.

крышка клапанов ГБЦ

Без преувеличения, можно сказать, что ГБЦ выполняет важнейшую функцию в двигателе автомобиля. Понять это можно рассмотрев основные элементы, которые разместила в себе голова блока цилиндров:

• Камера сгорания топлива воздушной смеси.
• Область механизма распределения газов.
• Рукава охлаждающей системы.
• Каналы для смазки рабочих компонентов двигателя.
• Клапаны впуска и выпуска топливовоздушной смеси.

Перед тем как выполнить ремонт головы блока цилиндров самостоятельно, необходимо ознакомиться с некоторыми особенностями проведения работ. Первое что необходимо понимать это момент затяжки болтов, который предусмотрен для определённого типа двигателя. Неправильный момент затяжки болтов приводит к преждевременному нарушению герметичности прокладки, что приводит не только у течки смазывающей жидкости, но и антифриза. Также неправильная затяжка болтов ГБЦ может привести к нарушению компрессии в двигателе, что в значительной мере снизить его производительность.
Если во время затяжки крепежи подвергнуться большим усилиям, это может привести к деформации самой головы. В таком случае придётся произвести масштабную реконструкцию структуру ГБЦ.

ГБЦ основа

Затягивать болты можно только строго следуя схеме производителя. В связи с, техническими характеристиками каждый автомобиль имеет свои особенности затяжки болтов и соответствующую схему, которой стоит придерживаться во время проведения работ.
В передней части головы блоков предусмотрена специальная область для размещения приводного ремня и распределительного вала, а также цепи натяжения.
Для фиксации свечей системы зажигания в корпусе головы блока цилиндров выполняются специальные отверстия в необходимом количестве. В правой части ГБЦ имеется специальное отверстие для шпилек, фиксирующих коллекторы спуска и выпуска топливной смеси.
В месте взаимодействия головы и блоков устанавливается специальная герметичная прокладка.
Форма головы блока полностью зависит от количества рядов двигателя автомобиля. Если двигатель авто оснащен одним рядом цилиндров, то голова представляет собой общий вид. В случае если двигатель автомобиля имеет несколько рядов, то для каждого ряда предусматривается самостоятельная конструкция крышки.

Что такое ГБЦ в автомобиле

Поскольку мы уже рассказали, как дословно расшифровывается аббревиатура ГБЦ, осталось упомянуть, что головка БЦ – это верхняя часть самого блока, и это следует из названия узла. Она выполняет множество функций, полный перечень которых может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа самого мотора. Перечислим основные задачи, выполняемые головкой БЦ:

• мы уже упоминали о защитной функции. Она возлагается на крышку ГБЦ, прикрывающую внутренности двигателя. В ней же обычно расположена маслозаливная горловина, через которую осуществляется заправка двигателя смазочной жидкостью. Чтобы крышка крепилась к самой головке герметично, используется резиновая прокладка, которая в состоянии выдержать большое количество циклов монтажа/демонтажа;
• ещё одна прокладка устанавливается между БЦ и головкой, и её задача идентична – обеспечение идеальной герметичности. Но изготавливается она из мягких материалов типа паронита, поэтому сильно деформируется и является одноразовой. И если предполагается демонтаж головки, замена прокладки осуществляется в любом случае;
• ГБЦ является базовым элементом для размещения деталей газораспределительного механизма;
• здесь же располагаются компоненты топливной системы;
• головка БЦ отвечает и за формирование оптимальных газодинамических параметров выхлопа, за отвод продуктов сгорания ТВС;
• ГБЦ обеспечивает герметичность камеры сгорания;
• в ней же расположены элементы магистрали системы смазки ГРМ.

Из всего вышесказанного следует, что ГБЦ в машине – это геометрически достаточно сложный элемент, предусматривающий наличие множества полостей и отверстий. Изготавливается он методом литья, после которого вся деталь подвергается процессу, называемому искусственным старением. Эта процедура позволяет купировать проявления остаточного напряжения, сформировавшегося в результате литья. Если СА однорядный (все цилиндры расположены по одной линии строго в ряд), в нём присутствует одна головка. V-образные моторы характеризуются наличием двух головок, по одной на каждый ряд. Обычно нижняя часть головки БЦ имеет чуть большую ширину для обеспечения более герметичного соединения с блоком цилиндров. Конструкция головки с расположением клапанов в нижней части более проста, чем при верхнем расположении. Словом, конструктивных особенностей у этой детали хоть отбавляй, и каждая модель характеризуется своим набором достоинств и недостатков.

Назначение головки блока цилиндров

Головка блока берет на себя обязанности по выполнению таких важных функций, как обеспечение базировки и размещения компонентов газораспределительного механизма, элементов подвода и отвода топлива, обеспечение газодинамических характеристик воздушного заряда, отвод из камеры сгорания продуктов горения, формирование камеры сгорания и обеспечение ее герметичности, отвод и подвод масла для компонентов газораспределительного механизма (ГРМ). Также головка блока цилиндров (ГБЦ) является важным элементом, благодаря, которому обеспечивается соответствие автомобиля экологическим стандартам по уровню выброса вредных веществ.

Особенности конструкции ГБЦ

Для изготовления головки блока цилиндров сегодня применяются алюминиевые сплавы. Раньше распространенным материалом был легированный чугун.

Составляющими элементами ГБЦ являются:

• газораспределительный механизм;
• уплотнительная прокладка;
• корпус головки цилиндра, в котором располагаются камера сгорания, патрубки системы охлаждения, масляные провода;
• привод ГРЦ;
• отсеки для монтировки свечей;
• камера сгорания;
• посадочные плоскости для выпуска переработанных газов.

Рассмотрим более подробно каждый из перечисленных выше элементов.

Клапаны ГБЦ располагаются в первом ряду. Наклон каждого из них к цилиндрам составляет 20˚. Современные иномарки имеют несколько иной принцип устройства ГБЦ, но конструкция все-равно является похожей.

Уплотнительная прокладка изготавливается из армированного асбеста. Этот материал хорошо выдерживает высокие температуры, которые возникают во время работы двигателей внутреннего сгорания. Также армированный асбест в состоянии выдержать высокое давление, обеспечивая герметичность конструкции мотора при различных нагрузках.

В передней части устройства располагается привод газораспределительного механизма и натяжитель цепи. Камеры сгорания располагаются близко к ним, поэтому взаимодействие с ними организовано механическим способом. Камеры для сжатия имеют в несколько раз меньший объем, чем сами поршни. Это позволяет воздушным смесям закручиваться в момент поднятия поршней в процессе работы двигателя. Таким образом процесс сгорания топлива улучшается.

На левой части головки цилиндра располагаются посадочные места для свечей зажигания. Сюда же монтируются системы для опоры рычага и опорные шайбы. Сверху ГБЦ есть крышка, которая фиксируется болтами к корпусу.

Цилиндры и хонингование

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

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

Система охлаждения блока цилиндров

Помимо кривошипно-шатунного механизма, в состав блока цилиндров входит «рубашка» охлаждения.

Она служит для циркуляции охлаждающей жидкости, то есть отвода тепловой энергии от двигателя.

Это обеспечивает поддержание оптимальной температуры работы ДВС. «Рубашка» охлаждения вырезана внутри блока цилиндров специальным инструментом.

Во избежание ее засорения и закоксовывания следует менять охлаждающую жидкость через определенное время, согласно нормативно-технической документации по эксплуатации автомобиля.

Она составляется заводом-изготовителем.

Гильзы

Гильзы применяются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее стоек к нагрузкам и тяжелым температурным режимам, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние выполняются путем запрессовки в блок. Также гильзы делят на «мокрые» и «сухие». «Мокрыми» называют гильзы, которые непосредственно соприкасаются своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения блока. Таким образом, достигается лучшее охлаждение. «Мокрые» гильзы легко заменить. Часто их применяют на сельхозтехнике, тягачах и другом спецтранспорте.

«Сухие» гильзы чаще всего несъемные и запрессованы в тело цилиндра, что обеспечивает цельность и жесткость всего блока. Но «сухие» гильзы хуже отводят тепло, чем «мокрые».

Конструкция головки блока цилиндров и ее основные детали

С тем, что такое ГБЦ, мы разобрались. Теперь хотелось бы подробнее остановиться на конструкции и основных компонентах этого узла. Ниже будет рассмотрена основная информация о деталях, из которых состоит головка блока.

В отличие от сегодняшний ГБЦ, раньше эти элементы изготавливались из чугуна. В принципе, и сегодня в мире достаточно автомобилей, в которых установлены чугунные головки. Это связано с тем, что чугунные ГБЦ более подходят для тех транспортных средств, которые функционируют в сложных температурных режимах. Чугун может противостоять сильному холоду и знойной жаре, в то время как алюминиевые компоненты зачастую подвергаются деформации и термической усадке.

Отдельно следует остановиться на прокладке устройства. Прокладка ГБЦ изготавливается из армированного асбеста. Это делается с той целью, чтобы она могла выдержать не только высокую температуру, которая характерна для работы двигателя, но и высокий уровень давления. При этом асбестовая прокладка ГБЦ в состоянии обеспечить высокий уровень герметичности каналов охладительной системы, масляного провода, а также камеры сгорания.

Что касается остальных компонентов, об этом мы расскажем далее.

Устройство и расшифровка механизмов приведены ниже:

1. Прокладка — как вы поняли, выполняет очень важную роль в функционировании двигателя внутреннего сгорания.
2. ГРМ (расшифровка — газораспределительный механизм).
3. Картер (расшифровка — корпус ГБЦ). В картере расположены все узлы и механизмы данного устройства, а также патрубки охладительной системы, каналы масляного провода и, собственно, камера сгорания.
4. Специальные резьбовые выходы, в которые устанавливаются форсунки или свечи зажигания.
5. Непосредственно камера сгорания, в которой осуществляется процесс воспламенения горючей смеси, что позволяет автомобилю двигаться.
6. Привод ГРМ.
7. Также здесь расположены и посадочные плоскости вместе с резьбовыми креплениями, позволяющими крепить впускной и выпускной коллекторы.

Остановимся подробнее на этих компонентах. Клапаны головки блока цилиндров расположены в одном ряду. Угол их наклона по отношению к плоскости цилиндров составляет 20 градусов. В некоторых современных автомобилях устройство немного другое, но в большинстве случаев расположение клапанов именно такое.

Перейдем у передней части ГБЦ. Если ее разобрать, то вы увидите, что в ней находится специально отведенное место для установки цепного привода ГРМ и натяжителя цепи. Собственно, именно здесь эти компоненты и расположены. Что касается камер сгорания, то они плотно прилегают к блоку, а для этого специально обрабатываются механическим способом. По размерам площадь камер сжатия немного меньше, чем размеры днища у поршней. Это делается для того, чтобы при работе двигателя внутреннего сгорания, когда поршни поднимаются вверх, обеспечивалось интенсивное завихрение рабочей смеси мотора. Соответственно в результате этого улучшается и сама процедура сгорания горючей смеси.

С левой части ГБЦ вы можете увидеть четыре отверстия для свечек или форсунок системы зажигания. С обратной, правой стороны, расположен специальный фланец, на который крепится выпускной и впускной коллекторы. Рядом с этим фланцем вмонтированы и патрубки охладительной системы, по которым курсирует антифриз.

На верхней части ГБЦ установлены специальные отверстия, в которые устанавливаются направляющие втулки, опорные шайбы, устройства опор рычагов, а также корпус подшипников распределительного шкива. Сверху самой ГБЦ устанавливается специальная крышка, которая крепится при помощи восьми винтов.

Также следует отметить, что в головке расположены и несъемные компоненты:

• в первую очередь, это седла клапанов, предназначение которых заключается в обеспечении герметичности устройства ГРМ
• а также направляющие втулки клапанов.

Важно понимать, что данные компоненты устанавливаются методом прессовки в структуру ГБЦ. Соответственно, в домашних условиях из замена будет невозможной — это можно осуществить исключительно с использование необходимого термического оборудования, а также специализированного инструментария.

Некоторые гаражные «умельцы» все-таки практикуют этот ремонтный процесс у себя дома, но делать этого крайне не рекомендуется, поскольку неравномерный нагрев может привести к последствиям:

1. ГБЦ может изменить геометрию своей структуры, в результате чего будет нарушена плоскость ее прилегания к самому блоку.
2. ГБЦ попросту придет в негодность от неправильного нагрева.
3. В структуре головки могут появиться микротрещины, избавиться от которых будет очень тяжело.

В целом проведение таких работ в домашних условиях чревато тем, что устройство попросту придется в негодность и не останется ничего другого, как сдать его на металлолом. Разумеется, грамотный специалист при наличии необходимого оборудования может попытаться исправить проблему, но это получается не всегда. Поэтому рекомендуем вам прислушаться к нашим советам.

Победа цельночугунной конструкции

Привычная нам сегодня конструкция победила благодаря своей простоте и низкой стоимости изготовления. Большая отливка из дешевого и прочного материала после точной механообработки получается все равно дешевле и надежнее, чем отдельные цилиндры и тщательная сборка всей конструкции. А на нижнеклапанных моторах клапаны и распределительный вал располагаются тут же, в блоке, что еще больше упрощает конструкцию.

Рубашка системы охлаждения отливалась в виде полостей в блоке. Для особых случаев можно было применить и отдельные гильзы цилиндров, но мотор на Ford T таких изысков не имел. Чугунные поршни со стальными компрессионными кольцами работали прямо по чугунному цилиндру. И кстати, маслосъемное кольцо в привычном нам виде там отсутствовало, его роль выполняло нижнее третье компрессионное, расположенное ниже поршневого пальца.

Такая «цельночугуниевая» конструкция доказала свою надежность и технологичность за много лет производства. И была перенята у Форда такими массовыми производителями, как GM, на долгие последующие годы.

Правда, отливка блоков с большим числом цилиндров оказалась технологически сложной задачей, и многие моторы имели по два-три полублока с несколькими цилиндрами в каждом. Так, рядные «шестерки» тридцатых годов иногда имели два трехцилиндровых полублока, а уж рядные «восьмерки» и подавно изготавливали по такой схеме. Например, мощнейший мотор Duesenberg Model J был изготовлен именно так: два полублока были накрыты единой головкой.

Впрочем, к началу сороковых годов прогресс позволил создавать и цельные блоки такой длины. Например, блок Chevrolet Straight-8 «Flathead» был уже цельным, что снижало нагрузку на коленчатый вал.

Чугунные гильзы в чугунном же блоке тоже были достаточно удачным решением. Высокопрочный легированныйхимически стойкий чугун стоил дороже обычного, и отливать из него весь большой блок не имело смысла. А вот сравнительно небольшая «мокрая» или «сухая» гильза оказалась хорошим вариантом.

Освоенная в довоенные еще годы принципиальная конструкция моторов не меняется много десятилетий подряд. Блоки цилиндров многих современных моторов отлиты из серого чугуна, иногда со вставками из высокопрочного в зоне верхней мертвой точки. Например, чугунный блок имеет вполне современный Renault Kaptur с мотором F4R, об обслуживании которого мы писали на днях. Чугун хорош, в частности, тем, что блок из него легко поддается капремонту расточкой цилиндров большего диаметра. Если, конечно, производитель выпускает поршни «ремонтного» размера.

Правда, с годами блоки становятся все более «ажурными» и менее массивными. По ранним блокам цифры найти сложно, но давайте возьмем два семейства моторов с разницей чуть более чем в 10 лет. У блока серии GM Gen II середины 90-х толщина стенки моторов колебалась от 5 до 9 мм. У современного VW EA888 конца 2000-х – уже от 3 до 5. Но мы явно забегаем вперед…

Конструктивные особенности

Ранее ГБЦ изготавливались из чугунного металла, сейчас же от него потихоньку стали отказываться, в пользу более легких и простых сплавов, на алюминиевой основе. Но, все равно полностью вычеркнуть из автостроения чугунные ГБЦ не возможно, ведь существуют такие типы моторов, где сам температурный режим не позволяет применять легкий сплав. Ведь появляется высокая вероятность того, что произойдет термическая усадка и соответственно деформация. А с такими процессами наиболее эффективно справляются головки из чугуна.

Головки накладываются поверх цилиндров, и крепятся к его основанию через обыкновенные болты, либо шпильки. Тип крепления может отличаться даже у одной спецификации двигателя, все зависит от модификации и типов устройства. Учитывая, что сама посадочная плоскость имеет большую площадь, по установке имеется несколько основных правил, как правильно завинчивать и устанавливать головку, чтобы получилось равномерное распределение и соединение. Ввиду того, что существует разница конструктивных решений, для крепления разных моторов разрабатывают индивидуальные правила и схемы крепления.

В моторах располагающихся рядно, одна головка способна покрыть весь корпус цилиндра. А вот более производительные моторы, так называемые V-образные, требуют для каждого ряда свою ГБЦ. За обеспечение максимальной герметизации между головкой и блоком, выступает прокладка, изготавливающаяся в точной копии с головкой. Как правило, прокладки производят из специального асбестового листа, который является огнеупорным, не зависимо от того, какой уровень нагревания, тем самым сохраняет герметичность камеры.

Расточка и гильзовка блока цилиндров

После появления дефектов и выработки на стенках применяют расточку цилиндров. Со стенок снимается металл определенной толщины, а затем устанавливаются другие ремонтные поршни и кольца под новый размер. Число расточек ограничено, так как объем постепенно увеличивается, а прочность снижается.

После максимального числа расточек применяют гильзовку. Это сложный процесс, который можно сделать только при наличии специального оборудования. «Мокрые» гильзы поменять намного легче, даже в полевых условиях. Если установлены «сухие» гильзы или это монолитный чугунный блок, то он растачивается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а новая гильза охлаждается. Так достигается наиболее плотная и точная посадка.

Схема ГБЦ

Схема головки блока цилиндров в разарезе.

Схема головки блока цилиндров в разарезе. Схема, состав компонентов: 1-распределительный вал, 2-нижний наконечник штанги толкателя, 3- штанга толкателя, 4- верхний наконечник штанги толкателя, 5- винт регулировочный, 6- коромысло клапана, 7- стойка коромысла, 8- прокладка крышки, 9- крышка ГБЦ, 10- болты крепления крышки, 11- траверса, 12- пружина клапана, 13- сухарь клапана, 14- болт крепления ГБЦ к блоку, 15- направляющая клапана с маслоотражающим колпачком, 16- клапан головки блока цилиндров, 17- седло клапана,18- головка блока в разрезе, 19- прокладка головки блока цилиндров, 20- гильза. Прокладка головки блока цилиндров Материал изготовления ГБЦ может быть как алюминиевым, (например, головка блока цилиндров ВАЗ 2109) так и чугунным (дизеля).

Прокладка головки блока цилиндров

Обычно для производителей алюминиевые головки блока цилиндров приоритетнее, потому как они более удобные в производстве, обработке и ремонте. Но на некоторых дизельных двигателях используются чугунные головки, так как детонационные свойства дизельного топлива превышают прочностные характеристики алюминиевых головок, что приводит к сокращению срока службы или разрушению последних.

Также ГБЦ можно разделить на два вида это — индивидуальные головки и моноголовки. У первого вида есть ряд преимуществ, в первую очередь связанные с ремонтопригодностью, простотой и низкими затратами при обслуживании. Но большинство мировых производителей автомобилей и автокомпонентов отдают предпочтение моноголовкам, которые также имеют свои преимущества. Сложность конструкции этого вида обусловлена базировкой распределительного вала (или двух распределительных валов, что дает возможность использовать насос-форсунку (при использовании топливной системы Common Rail) и сэкономить место в блоке) в самой ГБЦ. Ниже вы найдете видео работы головки блока цилиндров.

В чем смысл разделения цилиндров?

Конструкция с отдельными съемными цилиндрами выглядит сейчас несколько необычно, но до Второй мировой войны, несмотря на нововведения Генри Форда, это была одна из наиболее распространенных схем. У авиационных моторов и двигателей воздушного охлаждения она сохранилась и поныне. А у «воздушного оппозитника» Porsche 911 series 993 вплоть до 1998 года никакого блока цилиндров не было. Так зачем же разделять цилиндры?

Цилиндр в виде отдельной детали – штука вообще-то достаточно удобная. Его можно сделать из стали или любого другого подходящего материала, например, бронзы или чугуна. Внутреннюю поверхность можно покрыть слоем хрома или никельсодержащих сплавов, при необходимости сделав ее очень твердой. А снаружи нарастить развитую рубашку для воздушного охлаждения. Механическая обработка сравнительно компактного узла будет точной даже на достаточно простых станках, а при хорошем расчете крепления тепловые деформации будут минимальны. Можно сделать гальваническую обработку поверхности, благо деталь небольшая. Если у такого цилиндра появился износ или другие повреждения, то его можно снять с картера мотора и поставить новый.

Минусов тоже хватает. Помимо более высокой цены и высоких требований к качеству сборки моторов с раздельными цилиндрами серьезным недостатком является низкая жесткость такой конструкции. А значит – повышенные нагрузки и износ поршневой группы. Да и с водяным охлаждением сочетать «принцип раздельности» получается не очень удобно.

Из мейнстрима моторы с раздельными цилиндрами ушли уже очень давно – минусы перевесили. К середине тридцатых годов в автомобилестроении подобные конструкции уже почти не встречались. Разнообразные комбинированные конструкции – например, с блоками из нескольких цилиндров, общим картером и головкой блока – попадались на мелкосерийных люксовых авто с объемными моторами (можно вспомнить подзабытую марку Delage), но к концу 30-х это все вымерло.

Устройство головки блока цилиндров. Конструкция.

Головка блока цилиндров в разрезе. Установка форсунки

Головка блока цилиндров в разрезе. Установка форсунки Чтобы понять принцип работы головки блок цилиндров необходимо знать её составляющие. Итак, в состав ГБЦ входят: седла клапанов, направляющие втулки, коромысло клапана, гидрокомпенсатор (иногда идет в составе с коромыслом), траверса (если есть необходимость открытия двух клапанов одновременно при наличие одной штанги на два клапана на шестнадцати клапанной головке блока), пружины для возврата клапанов в исходное положение, свечи зажигания (для бензиновых и газовых двигателей), топливные форсунки (преимущественно используются в дизельных двигателях), впускные клапана и выпускные клапана (обычно диаметр впускных клапанов больше, чем у выпускных, так как отверстие на головке блока должно иметь определенный диаметр, с целью обеспечения необходимых газодинамических характеристик воздушного заряда, для более полного сгорания воздушно-топливной смеси).

Техническое обслуживание и диагностика

Как известно, все механизмы транспортного средства рано или поздно будут нуждаться в диагностике и техническом обслуживании. В этом случае ГБЦ не является исключением. Первоочередной задачей любого автомобилиста в этом вопросе является периодическая диагностика тех компонентов головки, которые нуждаются в этом больше всего. В частности, тех, которые подвержены наибольшим нагрузкам.

Речь идет о:

• работоспособности клапанов;
• проверке работоспособности сальников клапанов;
• сальников распределительного шкива;
• и, разумеется, самой прокладке ГБЦ.

Пробитая прокладка ГБЦ может стать причиной появления масла в охлаждающей жидкости. И наоборот — попадании антифриза в масляную систему. В результате попадания масла в охладительную систему антифриз будет бурлить (но не кипеть), что приведет к троению двигателя, а со временем — невозможности его запуска. При это хладагент будет выходить из расширительного бачка, а датчик температуры мотора на приборной панели будет показывать кипение двигателя. В свою очередь, попадание хладагента станет причиной заливания свечей зажигания, о чем можно будет догадаться, выкрутив свечку и оценив ее состояние.

В целом на выход из строя элементов головки и на их корректную работу влияют многие факторы, но большинство из них касаются своевременной диагностики и ремонта. Даже такая мелочь, как затяжка штифтов ГБЦ (неправильный момент затяжки или несоблюдение порядка) может стать причиной деформации головки, что может привести и к поломке двигателя.

Для чего проводятся ремонтные работы? Есть множество случае, когда снятие головки неизбежно.

Это:

• необходимость расточки цилиндров;
• необходимость опрессовки втулок клапанов или их седел;
• выход из строя клапанов, что подразумевает необходимость их замены или ремонта;
• отшлифовка седел или работы по их доработке;
• необходимость шлифовки самой крышки ГБЦ
• необходимость замены прокладки головки (если она пробита или пропускает);
• или же при надобности заделывания микротрещин (эта операция может проводиться и без демонтажа ГБЦ).

Так или иначе, но все работы по ремонту и диагностике данного узла должны осуществляться при соблюдении рекомендаций и указаний от производителя вашего транспортного средства. Если вы, не имея знаний и опыта, попытаетесь сделать что-либо самостоятельно и у вас это не получится, то это чревато полной поломкой всего мотора. Наиболее опасным в этом плане является монтаж втулок клапанов. Эта процедура должна осуществляться при нагретой головке, при этом сами монтируемые элементы должны быть холодными, а не нагретыми. Только так можно будет обеспечить надежное натяжение в соединении после того, как температура узла стабилизируется.

Также конструкция ГБЦ позволяет осуществить и замену втулок шкива привода маслонасоса. Данный процесс должен осуществляться методом выпрессовки уже отработавших свой ресурс эксплуатации втулок и монтажа новых компонентов.

В целом в домашних условиях есть возможность заниматься этими работами. Но при том условии, если вы понимаете, что делаете и чем это может быть чревато. Разумеется, в этом случае речь не идет о тех работах, для осуществления которых понадобится термическое или высокоточной оборудование. Но и это возможно только тогда, когда у вас есть определенные знания. Не имея опыта, даже самый новый и высокотехнологичный инструмент не имеет никакой пользы.

«Алюминиевые» двигатели и их преимущества

Использование в производстве современных технологий дает возможность изготовления легких «алюминиевых» двигателей, у которых блок цилиндров не имеет чугунных гильз. В рабочих поверхностях цилиндров в алюминиевых блоках электролитическим путем создается повышенное содержание кремния, а затем цилиндры подвергаются химическому травлению для создания на рабочей поверхности цилиндров износостойкой пористой пленки чистого кремния, хорошо удерживающей смазку.

Рабочие поверхности цилиндров современных алюминиевых блоков двигателей могут иметь покрытие, наносимое плазменным напылением. Напыляемый на стенки цилиндра порошок подается через плазматрон. Газ, предназначенный для создания плазмы, проходит через распылитель и поджигается электродугой. При этом температура газа повышается примерно до 11700°C и он переходит в плазменное состояние. Частицы порошка в расплавленном состоянии заполняют неровности поверхности цилиндра. При застывании частиц они надежно соединяются со стенками цилиндра. Дополнительно внутри напылённого слоя возникает напряжение сжатия, что еще больше укрепляет связь между металлом цилиндра и напылённым слоем.

После напыления, как и при традиционном исполнении цилиндров, производится хонингование, однако этом случае риски вследствие хонингования не так глубоки. Возникает весьма ровная наружная поверхность с небольшими впадинами (микроуглублениями), в которых находится масло. Каждое микроуглубление не связано с другими микроуглублениями, в отличие от хонингования чугунных гильз. Когда поршневое кольцо проходит над микроуглублением, в последнем создается давление, которое воздействует на поршневое кольцо. В результате этого поршневое кольцо всплывает поверху масляной подушки, чем и обеспечивается гидродинамическая смазка. Благодаря этому потери на трение и износ существенно уменьшаются.

Преимуществами данного способа изготовления цилиндров по сравнению с обычными являются:

• снижение массы по сравнению с конструкцией с вставными гильзами цилиндров
• уменьшение размеров двигателя по сравнению с чугунным блоком цилиндров за счет сужения перемычек между цилиндрами
• увеличение срока службы цилиндров благодаря износостойкому покрытию, наносимому плазменным напылением

Рис. Схема нанесение покрытия на стенки цилиндра плазматроном: 1 – струя плазмы с напыляемым порошком; 2 – плазматрон; 3 – рабочая поверхность цилиндра

Обзор основных деталей блока цилиндров

Цилиндр двигателя. Основной деталью цилиндра двигателя является гильза. Применяются два типа гильз:

• гильзы, впрессованные непосредственно в блок цилиндров. Как правило, в алюминиевых блоках;
• съёмные гильзы, которые подразделяются на «мокрые» и «сухие».

Головка блока цилиндров. В её состав входят: камера сгорания, места крепления ГРМ, рубашка охлаждения и каналы смазки, резьбовые отверстия для свечей (форсунок), отверстия для впускных и выпускных каналов.

ГБЦ крепится к блоку цилиндров сверху. Отдельным пунктом нужно отметить технологию крепления ГБЦ к блоку цилиндров. Она требует специальных болтов крепления и выполнения инструкций производителя. Затяжка ГБЦ производится только при помощи динамометрического ключа с соблюдением рекомендуемых параметров момента затяжки и схемы затяжки болтов.

Картер двигателя. В ДВС картер является частью блока цилиндров. Снизу картер закрывается поддоном. По сути, картер – это корпус для кривошипно-шатунного механизма. Крепится к блоку цилиндров снизу.