full screen background image

ГБЦ — что это такое в машине

5

ГБЦ — что это такое в машине

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

ГБЦ — что это такое в машине

Основные функции ГБЦ

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

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

От простого к сложному

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

Нижнеклапанные и двухтактные

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

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

Верхние клапаны со штанговым приводом

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

OHC и DOHC

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

Конструктивное исполнение

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

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

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

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

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

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

О прокладке

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

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

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

Прокладка головки блока цилиндров

Возможные проблемы и ремонт

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

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

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

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

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

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

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

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

ГБЦ, что это такое в машине?

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

На фото - головка блока цилиндров автомобильного двигателя

Из чего же состоит ГБЦ?

По своей структуре ГБЦ состоит из крышки и корпуса головки:

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

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

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

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

На фото - устройство ГБЦ

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

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

Каким нагрузкам подвергается ГБЦ во время работы двигателя?

Во время работы мотора головка подвергается следующим нагрузкам:

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

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

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

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

Материалы изготовления головки блока цилиндра

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

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

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

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

Основные процессы, проходящие в ГБЦ

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

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

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.

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.

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.

Что случается при неисправностях ГБЦ?

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

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

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

Источник https://autobibikka.ru/gbc-chto-eto-takoe-v-mashine/

Источник https://auto-pos.ru/179-gbts-chto-eto-takoe-v-mashine.html

Источник

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *