Блок цилиндров

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

Блок цилиндров
Блок цилиндров
Блок цилиндров двигателя V8

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

Термины головки цилиндров на заметку

Текущий обзор, однако, заставляет выражаться относительно. Автомобильные двигатели малого кубического объёма обычно требуют меньших измерений для всех компонентов, по сравнению с автомобильными двигателями большого кубического объёма.

Так, клапаны обычно имеют меньший размер у малых моторов, чем клапаны, используемые внутри больших моторов. Объём двигателя автомобиля напрямую связан с техническими характеристиками головки цилиндров и размерами отдельных компонентов.

Проще выражаясь: когда мощность автомобильного мотора увеличивается, пропорционально возрастает потребность больших объёмов воздуха, поступающего в мотор с последующим выводом наружу.

Камера сгорания – технические критерии

Размер камеры сгорания частично определяет компрессию и объём двигателя авто. Большего размера камера сгорания увеличивает рабочий объём цилиндра. Предполагая неизменными настройки мотора, замена головок цилиндров с меньшей камерой сгорания увеличит сжатие.

Поскольку сжимается одинаковое количество воздушно-топливной смеси в условиях  меньшего пространства, общая степень сжатия увеличивается. Соответственно, увеличение камеры сгорания даст противоположный эффект — меньшую степень сжатия воздушно-топливной смеси.

Форма и размер впускного отверстия

На автомобильных головках блоков цилиндров имеются направляющие впускного отверстия, через которые проходит топливо и воздух, прежде чем попадают в камеру сгорания. Так, для 16-клапанного двигателя V8 каждая головка цилиндра имеет 4 входных (впускных) отверстия и 4 выходных (выпускных) отверстия. Каждое отверстие соответствует впускному или выпускному клапанам.

Распространённая конфигурация отверстий (впускных) под подачу воздуха/топлива внутрь камеры сгорания автомобильного мотора. Как видно, это круглая и прямоугольная вариации

Размер и форма впускных отверстий влияют на кривую крутящего момента и мощности. Большие отверстия, соответственно, пропускают больше. Обычно стараются подобрать типичное исполнение впускного отверстия к впускному коллектору с отверстиями аналогичной формы.

Ограничения или неправильное расположение отверстий в этом соединении изменят поток воздуха и топлива, что скажется на производительности мотора. Одна из основных проблем заключается в том, что многие стремятся создать хорошее уплотнение между головками цилиндров и впускным коллектором, чтобы избежать утечек охлаждающей жидкости. Тем самым нарушают конфигурацию соединения.

Используются в основном два типа отверстий:

  1. Овальные отверстия, соответственно, имеющие овальную форму. Однако существующая форма, как правило, не является точным овалом.
  2. Отверстия прямоугольной формы, которые также не являются точными прямоугольниками. Фактор прямого угла, в основном, определяется наличием угловых элементов, немного закруглённых.

Пропускная характеристика впускного канала

Больший объём впускного канала обеспечивает пропускание большего количества воздуха и топлива. Однако увеличение объёма «туннеля» (патрубка) замедляет скорость движения газов в момент прохождения. Небольшие по объёму впускные патрубки:

  • ускорят поток газов,
  • увеличат реакцию дросселя,
  • увеличат крутящий момент.

Соответственно, для создания «волшебной» комбинации необходима головка цилиндров с обеспечением оптимального потока скорости воздуха и топлива.

Чем больше объём автомобильного двигателя, тем больше впускные отверстия головки блока цилиндров. Чем больше впускные отверстия, тем выше диапазон мощности мотора.

Если имеется желание нарастить мощность двигателя под уличное движение, чрезмерное увеличение впуска неприемлемо (высокая мощность при малых оборотах). Здесь лучше выбрать вариант с меньшими отверстиями, благодаря чему достигается рост мощности на более низких оборотах.

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.

Как выбрать головку цилиндров под конкретный вариант?

Лучшим предложением по выбору в целом видится консервативный подход. Например, головка цилиндра с большими впускными клапанами явно не подходит к уличной езде на малых оборотах двигателя. Такой выбор приведёт к значительным потерям крутящего момента, что не отвечает ни потребностям предполагаемого назначения, ни оптимальным условиям работы двигателя.

Выбирать также логично конфигурацию, которая соответствует тому принципу езды на автомобиле, которого обычно придерживается владелец машины. Кроме того, если выбирается головка цилиндров автомобиля в сборе, следует убедиться, что пружины, входящие в комплект, соответствуют конфигурации установленного распределительного вала.

Метки: автомобильная автомобильный детали механический редуктор

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Z-Сила — публикации материалов интересных полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мульти-тематическая информация — СМИ.

РАНДОМНЫЙ КОНТЕНТ

Магнетизм (электромагнетизм): что это такое в теории элементарной физики

10.05.201915.03.2021

Карбоновая гитара умная современному музыканту

23.12.202115.03.2022

Микроволновый датчик движения на примере модели MS 773

05.01.202131.03.2022

Полипропиленовые трубы: свойства и совместимость

17.06.201815.02.2022

Система утилизации тепла автомобильного двигателя

09.06.201910.04.2022

Назначение головки блока цилиндров

В головке сделано много технических отверстий и полостей, благодаря чему деталь выполняет множество разных функций:

  • Со стороны капанной крышки сделаны крепления для установки распределительного вала (о назначении и особенностях этого элемента читайте в отдельном обзоре ). Благодаря этому обеспечивается оптимальное распределение фаз грм в соответствии с тактом, который выполняет поршень в конкретном цилиндре;
  • С одной стороны в головке имеются каналы впускного и выпускного коллекторов, которые фиксируются на детали гайками и шпильками;
  • В ней сделаны сквозные отверстия. Одни предназначены для крепежа элемента, другие – для установки впускных и выпускных клапанов. Там же имеются свечные колодцы, в которые вкручиваются свечи (если мотор дизельный, то в эти отверстия вкручиваются свечи накала, а рядом с ними сделан еще один тип отверстий – для установки топливных форсунок);
  • Со стороны блока цилиндров в районе верхней части каждого цилиндра сделано углубление. В собранном двигателе эта полость – камера, в которой смешивается воздух с топливом (модификация непосредственного впрыска, у всех остальных вариантов двигателей ВТС формируется во впускном коллекторе, который также закреплен на головке) и инициируется его сгорание;
  • В корпусе ГБЦ сделаны каналы для циркуляции технических жидкостей – тосола или антифриза, обеспечивающихо охлаждение двс и масла для смазки всех подвижных деталей агрегата.

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.

хонингование
хонингование
Хон цилиндра

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

Расточка и установка гильз в блок цилиндров

При появлении дефектов и износа стенок применяется расточка цилиндров. Металл определенной толщины удаляется со стенок, а затем устанавливаются другие ремонтные поршни и кольца под новый размер. Количество расточек ограничено, поскольку объем постепенно увеличивается, а запас прочности уменьшается.

После максимального количества расточек используют гильзовку. Это сложный процесс, который можно осуществить только на специальном оборудовании. «Мокрые» гильзы намного легче заменить даже в полевых условиях. Если устанавливаются «сухие» гильзы или монолитный чугунный блок, то он растачивается под новые гильзы, которые запрессовываются с высокой точностью. Сам блок нагревается до 150-200 градусов, а гильза охлаждается. Это обеспечивает наиболее плотную и точную посадку.

Читайте также:  Из жары в озноб: зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить. Признаки неисправности датчика температуры охлаждающей жидкости

Функции ГБЦ в автомобиле

Функции ГБЦ в автомобиле

Головка имеет в своей нижней части полости, являющиеся камерами сгорания. Между ГБЦ и блоком цилиндров устанавливается жаропрочная прокладка. Ее основной функцией является подача горючего, отвод отработанных газов и рабочий процесс сгорания топлива.

Рассмотрим, для чего нужна ГБЦ:

  • сверху головки блока цилиндров находится металлическая крышка, выполняющая защитную функцию;
  • в верхней части крышки устроена маслоналивная горловина, закрытая резьбовой пробкой;
  • стык блока цилиндров и головки уплотняется жаропрочной асбестовой прокладкой, армированной металлом;
  • в головке блока смонтирован распредвал, на котором закреплена шестерня привода ГРМ с ремнем (или цепью) и успокоителем;
  • свечи зажигания (в дизельных моторах – свечи накаливания), а также форсунки подачи топлива находятся с левой стороны головки;
  • снизу устроены полукруглые выемки, являющиеся камерами сгорания цилиндров;
  • газораспределительный механизм монтируется в корпусе ГБЦ;
  • с правой стороны головки находятся площадки и отверстия для подсоединения впускного и выпускного трубопроводов.

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.

На фото - динамометрический ключ Hazet 5121-2CT

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.

Техобслуживание и диагностика ГБЦ

Для исправной работы двигателя внутреннего сгорания (а без гбц он работать не будет) от каждого автомобилиста требуется соблюдение регламента по обслуживанию машины. Также немаловажным фактором является соблюдение норм температурного режима ДВС. Работа мотора всегда связана с высокой температурой и значительным давлением.

Современные модификации изготавливаются из материала, который может деформироваться при высоком давлении, если ДВС перегревается. О нормальном температурном режиме рассказывается здесь .

Неисправности головки блока цилиндров

Так как головка двигателя – лишь часть его конструкции, то поломки чаще всего касаются не самой детали, а механизмов и элементов, которые в ней установлены.

Чаще всего головка блока цилиндров снимается во время ремонта в случае пробивания прокладки гбц. На первый взгляд ее замена кажется простой процедурой, на самом деле эта процедура имеет несколько тонкостей, из-за чего ремонт может стоить дорого. Тому, как правильно менять прокладочный материал, был посвящен отдельный обзор .

Самая серьезная поломка – образование трещин в корпусе. Помимо этих неисправностей, многие автослесари, говоря о ремонте головки, имеют ввиду такие ремонтные работы:

  • Сорвалась резьба в свечном колодце;
  • Износились элементы постели распредвала;
  • Износ седла клапана.

Многие поломки устраняются путем установки ремонтных деталей. Однако если образовалась трещина или отверстие, головку редко когда пытаются отремонтировать – ее просто меняют на новую. Но даже в сложных случаях некоторым удается отреставрировать сломанную деталь. Примером тому служит следующее видео:

Ремонт ГБЦ правильная сварка заварка трещин и окон на примере Opel Askona TIG cylinder head welding Смотрите это видео на YouTube

Итак, хотя на первый взгляд в головке ничего не может сломаться, проблемы с ней все же могут возникнуть. И если водитель столкнется с подобной проблемой, ему придется потратиться на дорогостоящий ремонт. Чтобы такого не случилось, машину следует эксплуатировать в щадящем режиме, и не допускать перегрева силового агрегата.

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.

На картинке - схема V-образного двигателя с двумя отдельными ГБЦ

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.

Правила эксплуатации ГБЦ

В целом головка БЦ – достаточно надёжный агрегат, ресурс которого может достигать полмиллиона километров. Однако головки блоков не вечны, они могут выходить из строя как из-за естественного износа, так и в результате неправильной эксплуатации транспортного средства и его силового агрегата. Продление срока службы ГБЦ связано с выполнением достаточно простых и хорошо известных рекомендаций:

  • вовремя и в полном объёме приводить регламентные ТО автомобиля;
  • не допускать сверхнагрузок на силовой агрегат и его отдельные компоненты;
  • следить за уровнем технических жидкостей (системы смазки/охлаждения), поскольку перегрев – наиболее частая причина поломок головки.

Важно знать, что головка блока цилиндров, подвергшаяся перегреву, требует тщательной диагностики её состояния, поскольку, чем раньше вы отыщете дефекты, тем дешевле обойдутся реанимационные мероприятия. Однако многие обнаруженные проблемы могут потребовать полного демонтажа ГБЦ, в частности:

  • нарушения геометрии цилиндров, требующие расточки;
  • проблемы с клапанами;
  • деформация поверхностей сопряжения;
  • пробой прокладки;
  • появление микротрещин на поверхности картера.

Гильзы

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

Гильзы
Гильзы
Гильзы

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

Расточка и гильзовка блока цилиндров

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

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

Головка блока цилиндров

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

Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров

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

ГБЦ в сборе состоит из следующих элементов:

  • корпус с камерами сгорания, патрубками, масляными и каналами системы охлаждения;
  • газораспределительный механизм (впускные и выпускные клапаны, коромысла и толкатели);
  • распределительные валы с приводом от коленвала;
  • отверстия для свечей зажигания;
  • впускные и выпускные коллекторы для подачи воздуха и отвода отработавших газов;
  • прокладка ГБЦ.
Читайте также:  Сигнализация Пандора: инструкции по эксплуатации ко всем моделям. Как настроить брелок сигнализации пандора dxl

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

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

Головка цилиндров — форма и размер выпускного отверстия

Форма выпускного отверстия воздушно-топливной смеси менее важна, чем форма впускного отверстия. При условии диаметра выпускного коллектора больше отверстия на головке цилиндров, и тщательно уплотнённой прокладки, выход газа протекает нормально.

Конфигурация форм выходных отверстий автомобильных головок цилиндров, преобладающих в конструкциях современных моторов. Как видно, в основном это круглые формы

Если впускные направляющие на головках цилиндров требуют более точного выравнивания с впускным коллектором для обеспечения хорошего потока, а отверстия для охлаждающей жидкости требуют герметизации, форма выпускного отверстия видится менее критичной.

Впускные клапаны головки цилиндров автомобиля

Впускные клапаны, как правило, по размерам больше, чем выпускные клапаны. Впускные клапаны диаметром 2,02 дюйма (51,31 мм) рассматриваются обычными небольшими блочными клапанами. Как и следует ожидать, чем больше клапан, тем более объёмный поток воздуха и топлива. Расстояние подъёма клапана также влияет на объем проводимого потока воздуха / топлива.

Конструкция, где применяются большеразмерные впускные клапаны, способна обеспечить более объёмное пропускание воздушно-топливной смеси в камеру сгорания

Впускные клапаны традиционно делаются по размерам больше, чем выпускные. Такой подход обусловлен работой поршня, отходящего от впускного клапана, создающего вакуум с целью втягивания смеси воздуха с топливом в камеру сгорания. Захват воздуха и топлива поршнем, однако, видится не таким эффективным процессом, как выдавливание выхлопных газов в такте выпуска.

Выпускные клапаны головки блока цилиндров

Выпускные клапаны по размерности меньше впускных клапанов. Выпускные клапаны диаметром 38,1 мм (1,60 дм) распространены на двигателях, оснащённых системой «SBC» (Sensotronic Brake Controle). Как и для впускного клапана, чем больше размер выпускного клапана, тем большим обеспечивается прохождение рабочих газов.

Расположение элементов на рабочей площади: 1 – выпускной клапан; 2 – впускной клапан; 3 – место установки запальной свечи (свеча зажигания)

Область камеры сгорания достаточно обширна для установки впускного и выпускного клапанов, а также свечи зажигания в каждом сегменте. Между тем, есть обстоятельства, при которых на двухклапанном двигателе максимизируют площадь под установку клапанов большего размера. Физически такие детали не помещаются в головке над цилиндром.

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.

Признаки проблемы с ГБЦ в машине

Признаки проблемы с ГБЦ в машине

Регламентные работы выполняются в условиях специализированного сервиса опытными механиками. Проведение технического обслуживания двигателя включает, в числе прочих, и операции, связанные с ГБЦ. Это регулировка клапанов, замена успокоителя, ремонт распредвала, замена и регулировка свечей зажигания и т. п.

Снятие головки блока цилиндров для ремонта влечет за собой массу дополнительных операций. Сюда входит замена прокладки, снятие и установка привода ГРМ и его последующая регулировка, выставление зазоров клапанного механизма и т. п.

Нарушение целостности прокладки можно выявить по следующим признакам:

  • белесый цвет выхлопных газов;
  • высокий расход моторного масла;
  • эмульсия в моторном масле, особенно хорошо видная на масляном щупе холодного мотора;
  • изменение цвета и бурление охлаждающей жидкости после попадания в нее масла;
  • течь масла или антифриза по стыку ГБЦ и блока цилиндров;
  • быстрое снижение уровня охлаждающей жидкости.

Конструкция детали: что входит в ГБЦ

Конструкция детали

Поподробнее рассмотрим, из чего состоит ГБЦ.

Первоначально детали головки изготавливались из чугуна. Выбор материала был обусловлен высокой вибронагруженностью и температурным режимом работы двигателя. Чугун обладает высокой механической прочностью и термоустойчивостью. Он не подвержен деформациям и короблению при нагревании. Основной недостаток чугуна – большой удельный вес. Современное материаловедение позволяет использовать сплавы из легких металлов (например, из алюминия), которые отвечают всем вышеперечисленным характеристикам, но обладают меньшей массой.

Герметизация плоскости разъема блока и головки цилиндров осуществляется посредством специальной прокладки. Это сложная деталь, в основу которой входит армированный асбест. Она должна повторять все контуры и каналы головки и при этом выдерживать высокое давление и температуру. Во время крепления болтов головки блока цилиндров необходимо соблюдать заданное усилие и последовательность затяжки. Обычно она осуществляется в несколько этапов и деформирует прокладку в определенных местах.

Что входит в состав ГБЦ?

  • Прокладка создает герметичное соединение и функционирование систем охлаждения и смазки.
  • ГРМ – это газораспределительный механизм, включающий в себя цепь (ремень), связывающую коленвал и распредвал, собственно распределительный вал и клапаны с пружинным механизмом.
  • Корпус головки блока цилиндров называется картером. В нем расположены все детали и механизмы.
  • Резьбовые отверстия для монтажа свечей системы зажигания и форсунок для впрыска топлива.
  • Камера сгорания, в которой происходит рабочий процесс воспламенения горючей смеси, обеспечивающий работу двигателя.
  • Цепь или ремень ГРМ.
  • Привалочные плоскости с отверстиями для крепления впускного трубопровода и выпускного коллектора вместе с датчиками и патрубками системы охлаждения.

Клапаны впуска и выпуска расположены вдоль постели распредвала. При использовании двух клапанов на цилиндр они расположены в один ряд. При использовании четырехклапанной конструкции (два впускных и два выпускных на цилиндр) они располагаются в два параллельных ряда. Ось клапанов имеет отклонение от перпендикуляра к плоскости разъема головки и блока цилиндров, как правило, в 20 градусов.

В передней части головки находится пространство для звездочки газораспределительного механизма цепи (или ремня) и ее успокоителя. Они приводят в движение распредвал. Камеры сгорания расположены над цилиндрами и имеют немного меньший диаметр, чем поршни. Благодаря такому несоответствию на границе блока цилиндров и ГБЦ создается завихрение топливной смеси в конце такта сжатия. Это благоприятствует воспламенению горючего и увеличению мощности двигателя.

Направлению движения

Слева по направлению движения автомобиля расположены входные отверстия для монтажа свечей зажигания и форсунок подачи топлива. Они вкручиваются по резьбе и участвуют в процессе работы двигателя. На противоположной стороне находятся площадки для подсоединения впускного и выпускного трубопроводов. Также сюда подходят патрубки, подводящие охлаждающую жидкость к ГБЦ.

Сверху головка блока цилиндров имеет сложную конфигурацию, обеспечивающую расположение элементов газораспределительного механизма. Вдоль центральной оси идут площадки для монтажа вкладышей распредвала. В них помещается сам распредвал и сверху фиксируется крышками с ответными полукольцами подшипников скольжения. В специальные отверстия под распредвалом запрессовываются направляющие втулки клапанов. Над ними крепятся шайбы сложной формы, в которые устанавливаются пружины, удерживающие клапан в поднятом состоянии. Сверху ГБЦ надевается металлическая или силуминовая крышка, закрывающая механизмы.

Из чего еще состоит ГБЦ? В головке блока цилиндров имеются неподвижные элементы, такие как:

  • седла клапанов, обеспечивающие герметичность впускных и выпускных клапанов в закрытом состоянии;
  • направляющие клапанов, задающие вектор их перемещения.

Седла и направляющие запрессовываются с натягом в ГБЦ. В домашних условиях выполнить такую работу очень сложно. Требуется сильный нагрев головки блока цилиндров и глубокое охлаждение ответных деталей перед процессом монтажа. Долгая запрессовка может привести к выравниванию температур и заклиниванию направляющей или клапана. Кроме того, головки из алюминиевого сплава подвержены деформации при нагревании, поэтому перегрев может стать для них фатальным. Для выполнения этой операции лучше обратиться в специализированную мастерскую.

Алюминиевая головка блока цилиндров

Алюминиевая головка блока цилиндров

Алюминиевые гбц стали довольно популярными в наши дни, потому что они также обладают набором отличных характеристик, которые делают их идеальными для всех типов двигателей. Гоночные автомобили также сочтут его более идеальным по сравнению с чугунными.

Читайте также:  Прогрев дизельного двигателя зимой. Эксплуатация и прогрев дизелей зимой

Поскольку алюминий – очень гибкий и мягкий материал, его намного проще обрабатывать и ремонтировать. Если есть трещины или другие повреждения, его можно просто приварить, чтобы вернуть в идеальное состояние.

Алюминий также является легким материалом, поэтому это идеальный выбор для гонщиков. Это значительное снижение веса улучшает общую производительность двигателя и не снижает скорость вашего автомобиля из-за ненужной нагрузки.

Еще одна замечательная особенность головок цилиндров, сделанных из алюминия, заключается в том, что они отводят тепло намного легче и быстрее.

Если сравнить его с чугунной головкой, она сможет нагреваться в 3 раза быстрее. Это даст возможность для более быстрого и надежного запуска двигателя даже при холодном пуске.

Это также снижает риск детонации или преждевременного воспламенения, которые могут повредить двигатель из-за отвода тепла от камеры сгорания при быстром ускорении.

Обратной стороной этого является то, что это может снизить тепловой КПД двигателя, поскольку позволяет теплу выходить через головку цилиндра. И алюминиевые головки также имеют более дорогой ценовой диапазон. По сравнению с чугунными головками они стоят в несколько раз больше.

Несмотря на свои достоинства и недостатки, алюминиевая головка по-прежнему будет хорошим выбором для вашего автомобиля. И ее немного более высокая цена может быть оправдана производительностью. Это стало популярным выбором не зря.

Плюсы

  • Это очень легкий материал
  • Нагревается быстрее
  • Очень легко сваривать и ремонтировать
  • Снижает риски преждевременного воспламенения и детонации
  • Отличный пуск двигателя

Минусы

  • Чуть дороже
  • Более низкая тепловая эффективность

Разница между головками цилиндров из чугуна и алюминия

Разница между головками цилиндров из чугуна и алюминия

Выбрать между чугунными и алюминиевыми головками непросто. В зависимости от ваших предпочтений или модели вашего автомобиля один из них может быть более идеальным.

Но у них действительно есть отличные характеристики, которые могут помочь вам решить, какая из них лучше подойдет вашему двигателю. Оба варианта – отличный выбор, но у них есть и недостатки, которые следует учитывать.

В этой части статьи вы сможете лучше увидеть несколько отличий этих двух головок цилиндров. Вы обязательно выберете лучший для своего автомобиля.

Прочная сборка

Долговечная головка блока цилиндров – всегда лучший выбор, потому что она будет служить дольше, что избавит вас от несвоевременных затрат на замену.

И алюминиевые, и чугунные головки могут долго изнашиваться, но чугун будет более надежным выбором.

Алюминий – очень мягкий материал, а чугун прочен и может выдерживать даже чрезмерные нагрузки. Головки из чугуна также могут противостоять структурным изменениям, вызванным высокими температурами.

Масса

Когда дело доходит до веса, у алюминия больше преимуществ. Вы можете снизить вес до 20 кг, когда вы выбираете алюминиевую головку блока цилиндров, а не чугунную.

Хотя для грузовика более легкий цилиндр не будет иметь большого значения, но если у вас есть гоночный автомобиль, вес всегда является важным фактором, поэтому вы можете двигаться на гораздо более высоких скоростях.

Легкость ремонта

На головках цилиндров со временем могут появиться вмятины и царапины, и их можно легко отремонтировать, в зависимости от типа используемого цилиндра. В целом алюминиевые головки легче ремонтировать по сравнению с чугунными головками цилиндров.

В основном это связано с тем, что алюминий – более мягкий и гибкий материал, поэтому его легче сваривать.

Эффективность нагрева

Между тем, алюминий нагревается намного быстрее, чем чугунные литые головки. Она может нагреваться в три раза быстрее.

Это значительно упростит запуск двигателя и позволит сократить время. Самое замечательное в алюминии то, что он также может снизить риск детонации и преждевременного воспламенения.

С другой стороны, чугунные головки цилиндров имеют более высокий термический КПД, хотя и имеют более низкую скорость нагрева. Это потому, что он может сохранять тепло намного дольше.

Обзор основных деталей

Цилиндр двигателя

Гильза цилиндра
Основная деталь цилиндра двигателя – гильза.

Существуют гильзы двух типов:

  • впрессованные гильзы, (в алюминиевом блоке);
  • съёмные гильзы – они бывают «мокрыми» и «сухими».

Головка блока цилиндров двигателя – ГБЦ

Она закреплена сверху конструкции направляющими шпильками и болтами крепления ГБЦ. Очень важная деталь – прокладка блока, она расположена между ГБЦ и самим блоком. Изготавливают ее из асбестометалла, металла, а может быть безасбестовой.

Головка блока цилиндров двигателя состоит из: камеры сгорания, мест крепления ГРМ, рубашки охлаждения, каналов для смазки, резьбовых отверстий свечей (форсунок), отверстий впускных и выпускных каналов.

Отдельно стоит упомянуть технологию крепления ГБЦ. Для этого используются специальные болты крепления, а сама операция выполняется согласно инструкциям производителя.

В частности затягивать головку нужно динамометрическим ключом с соблюдением момента затяжки и пользуясь схемой затяжки болтов.

Виды гильз и их особенности

Гильзы используются в блоках из алюминиевых сплавов, так как алюминий менее устойчив к нагрузкам и суровым температурным условиям, в отличие от чугуна. Они бывают съемными и несъемными. Последние осуществляются методом запрессовки в блок. Кроме того, гильзы бывают «мокрые» и «сухие». «Мокрый» — это термин для гильз, которые непосредственно контактируют своими стенками с охлаждающей жидкостью в рубашке охлаждения блока. Таким образом достигается лучшее охлаждение. «Мокрые» гильзы легко заменить. Их часто используют в сельскохозяйственной технике, тракторах и другой специальной технике.

гильзовка блока цилиндров

«Сухие» гильзы, как правило, не снимаются и запрессовываются в корпус цилиндра, что гарантирует целостность и жесткость всего блока. Но «сухие» гильзы отводят тепло хуже, чем «мокрые».

Где находится ГБЦ

Если поднять капот, в моторном отсеке сразу виден кожух из пластика. Часто в его конструкцию входит воздухозаборник воздушного фильтра и модуль самого фильтра. При демонтаже кожуха открывается доступ к мотору.

Стоит учесть, что современные автомобили могут оснащаться разным навесным оборудованием. Чтобы добраться до мотора, нужно отсоединить эти элементы. Самая большая конструкция – это мотор. В зависимости от модификации агрегат может иметь продольное или поперечное расположение. Это зависит от привода – задний или передний соответственно.

Сверху на двигателе прикручена металлическая крышка. Намного реже встречается особенная модификация двигателей – оппозитный или как его еще называют «боксер». В этом случае он занимает горизонтальное положение, и головка будет находиться не сверху, а сбоку. Такие двигатели рассматривать не будем, так как те, кто имеют средства приобрести подобное авто, не занимаются ручным ремонтом, а отдают предпочтение сервисному обслуживанию.

Итак, в верхней части двс расположена клапанная крышка. Она фиксируется на головке и закрывает газораспределительный механизм. Деталь, расположенная между этой крышкой и самой толстой частью мотора (блоком), как раз и есть 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.

На картинке - газораспределительный механизм вне корпуса ГБЦ

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.