Головка блока цилиндров является одной из самой важной деталью двигателей внутреннего сгорания. Обычно это монолитная деталь (также может быть в разделенном виде) из сплавов алюминия (или чугуна), которая является корпусной деталью для газораспределительных механизмов и формирует верхнюю часть камеры сгорания. Как правило устанавливается на блок цилиндров через прокладку и крепится при помощи болтов.
Головка блока цилиндров. Общий вид, 3D модель
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.
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).
Замена направляющих втулок клапанов
Извлечение
- Здесь настоятельно рекомендуется перед процедурой разогреть головку блока цилиндров где-то до 100 градусов по Цельсию. Алюминий, из которого изготовлена ГБЦ, имеет больший коэффициент расширения, чем материал направляющей втулки. Вследствие нагревания натяг соединения втулка-ГБЦ существенно уменьшается и направляющие можно спокойно, без повреждения посадочного места, выпрессовать лёгкими ударами молотка или кувалды.
- Для извлечения применяют специальный инструмент-выколотку (оправку). Несмотря на свою узкоспециализированность и дороговизну, этот инструмент даёт возможность выпрессовки точно по оси направляющей втулки. Нередко опытные автомастера для подобных процедур обзаводятся пневмомолотками и специальными насадками-выколотками для них.
Инструмент для выпрессовки и запрессовки направляющих втулок - Бывает, что деталь не хочет выходить. В таких случаях её высверливают. И воспользоваться лучше станком для сверления. Взяв для работы обычную дрель, есть риск повредить посадочное гнездо и создать перекос. Полностью высверливать её, возможно, и не придётся. При тонких стенках её уже будет намного легче выбить.
- Внутренняя поверхность посадочного гнёзда после извлечения должна быть максимально гладкой и идеально чистой. Не должно быть никаких царапин, шероховатостей и прочих, даже малейших, дефектов. Для получения подобного результата его нужно дополнительно обработать после выпрессовки.
Видео по выпрессовке
Установка новых
- Перед тем как ставить новые запчасти, нужно определить значение фактического натяга. Для этого измеряется диаметр посадочного гнезда в ГБЦ и диаметр втулки. Разница между первым и вторым не должна превышать 0,03–0,05 мм.
- В случае если гнездо заметно больше, чем выбранная для него втулка, то следует поискать деталь диаметром побольше. Если же диаметр гнезда недостаточен, то можно воспользоваться услугами сверлильного станка для его увеличения.
- Перед процедурой запрессовки новых втулок головку блока цилиндров также необходимо нагреть. А вот новые запчасти вообще рекомендуют охладить в жидком азоте, что сильно уменьшит их внешний диаметр и позволит легче войти в расширенные от нагрева посадочные гнёзда, также снизит риск получения повреждений при запрессовке.
- Но так как не у всех в гараже найдётся жидкий азот, то можно предварительно поместить новые втулки в морозилку. Опять же при наличии последней в зоне доступности. Для простоты, можно взять в качестве необходимой разницу температур между ГБЦ и направляющей втулкой равной 150 градусам Цельсия. Ещё при запрессовке втулок рекомендуют смазывать трущиеся поверхности жидким машинным маслом, особенно если детали не нагревались/охлаждались.
- Сам процесс запрессовки проходит по тому же сценарию, что и выпрессовки. В качестве инструмента оправка и молоток (или пневмомолоток с насадкой). Далее, чередой последовательных ударов забиваем деталь в посадочное гнездо.
Видео по запрессовке
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.
Принцип работы головки блока цилиндров.
Головка блока цилиндров. Вид снизу.
Головка блока цилиндров. Вид снизу. Если кратко описать как работает головка блока цилиндров то получится, что она формирует камеру сгорания, подает камеру сгорания двигателя топливно-воздушную смесь и обеспечивает отвод отработавших газов. После запуска автомобиля для ГБЦ основными задачами является газораспределение и обеспечение герметичности газового стыка.
Принцип работы головки цилиндров заключается в следующем: распределительный вал толкает штангу, которая в свою очередь давит на гидрокомпенсатор и, соответственно, на коромысло. Коромысло давит на клапан, который открывается и в зависимости от назначения клапана либо топливно-воздушный заряд (или просто воздушный в дизельных двигателях) попадает в камеру сгорания, где происходит воспламенение от искры свечи зажигания, либо происходит выпуск отработавших газов в выпускной коллектор, после чего пружина клапана возвращает клапан на место и цикл повторяется снова. В дизельном двигателе, где происходит воспламенение от сжатия, важными параметрами здесь является синхронизация открытия впускного клапана и впрыска топлива форсункой.
Также, безусловно, важным параметром может стать герметичность газового стыка в соединении головки блока цилиндров с блоком цилиндров, так как при нарушение герметичности может привести к ряду проблем, таких как неполное сгорание топлива, повышенный шум, затрудненный запуск двигателя. В таких случаях необходима замена прокладки головки блока цилиндров. Прокладку нельзя использовать несколько раз, так как при повторной затяжке головки блока, установленный момент затяжки не обеспечивает стопроцентную герметичность. Затяжку следует производить от центральных болтов к крайним.
Также замена прокладки ГБЦ должна производится в стерильных условиях, дабы исключить попадания пыли, стружки и т.п. в камеру сгорания. Если при ремонте вы задумались о замене ГБЦ, то многие эксперты рекомендуют купить головку блока цилиндров в сборе, так как сборка компонентов разных производителей не гарантирует безпроблемную работу. Так вкратце описан принцип работы одной из основных деталей двигателя, также предлагаем узнать как работает ретардер и раздатка.
Как определить, что направляющие втулки изношены
Масло в цилиндры попадает и по причине неисправности деталей цилиндро-поршневой группы. Чтобы исключить данную причину, необходимо замерить компрессию. Это исключит неисправность поршневых колец.
Осмотрите свечи зажигания. Наиболее загаженная свеча говорит о проблемах в данном цилиндре. Далее осматриваем мотор на предмет износа направляющих в следующем порядке:
- Открутите гайки, крепящие клапанную крышку к ГБЦ, и снимите ее.
- Ослабьте цепь и, совместив метки, открутите и снимите шестерню распредвала.
- Постепенно и поочередно открутите постель распредвала и снимите ее.
- Демонтируйте коромысла, разблокируйте пружины клапанов цилиндра, в котором свеча больше всего покрыта нагаром.
- Аккуратно снимите маслосъемный колпачок и покачайте клапан в стороны, двигая вверх-вниз. Если при движении имеется боковой люфт, то требуется замена втулки.
Это интересно: Как проверить катушку зажигания искрой и мультиметром
В рабочем состоянии зазор между клапаном и направляющей минимален и не позволяет клапану двигаться в горизонтальном направлении (только вверх или вниз). Поэтому любое боковое качание означает износ втулки.
Прежде чем покупать новые направляющие, желательно снять клапаны и вместе с ними прийти в магазин. И при выборе обязательно пробуйте их посадку на шток клапана.
Направляющая втулка на штоке клапана должна двигаться легко, но при этом она не должна болтаться.
Необходимо это для того, чтобы в дальнейшем вам не пришлось снова идти в магазин, если втулки по каким-то причинам не подойдут.
Основные проблемы головки блока цилиндров. Последствия и причины нарушения работоспособности.
Выпадение седла впускного клапана в процессе эксплуатации.
Последствия — Разрушение головки блока цилиндров, элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие — отказ двигателя.
Причины — Нарушение позиционирования седел в головке блока цилиндров, так как не выдержан диаметр посадочного места.
Нарушение герметичности посадки впускных и выпускных клапанов на фаску седел
Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, потеря мощности
Нарушение формирования герметичности направляющих поверхностей седла клапана, так как не выдержаны геометрические параметры стенки посадочного места под седло относительно оси отверстий под клапаны
Нарушение герметичности в соединении седел с головкой блока цилиндров
Нарушение теплоотвода, разрушение элементов ГРМ и ЦПГ, как следствие отказ двигателя
Неплотная посадка седел в головке блока цилиндров, не выдержаны шероховатость стенок и торца отверстия под седло клапана, параметры перпендикулярности и биения относительно торца отверстия под седло клапана
Нарушение герметичности по прессовой посадке (в соединении с головкой блока цилиндров) направляющих втулок впускных и выпускных клапанов
Снижение параметров компрессии, затрудненный запуск двигателя, повышенный расход масла
Позиционирование отверстий под направляющие втулки клапанов не обеспечивает герметичности в соединение направляющих втулок с головкой блока цилиндров
Прорыв газов через уплотнение газового стыка (в соединении головка блока цилиндров — уплотнительная прокладка — блок цилиндров)
Нарушение рабочего процесса в цилиндре, как следствие нестабильная работа двигателя, потеря мощности, повышенный шум, нарушение требований правил ЕЭК ООН №51 и №49
Геометрия поверхности огневого днища головки блока цилиндров не обеспечивает герметичность по газовому стыку
Развитие неплоскостности днища ГБЦ под воздействием газовых сил при эксплуатации — минимальный коэффициент запаса прочности головки блока цилиндров не обеспечивает достаточной жесткости при удельной нагрузке от газовых сил
Недостаточная жесткость зон сопряжения с опорным буртом гильз блока цилиндров
Нарушение герметичности в соединении головка блока — уплотнительная прокладка — блок (по штанговым полостям и отверстиям слива масла)
Подтекание масла, нарушение требований правил ЕЭК ООН №49
Процесс замены
Как уже говорилось выше, для снятия и установки направляющих необходима специальная наставка. Рассмотрим, что она из себя представляет и как ей пользоваться.
Описание наставки
Оправка для снятия и установки направляющей состоит из двух частей. Первая часть представляет собой шток определенной длины, обработанный на токарном станке и имеющий в определенных местах разный диаметр. Самый большой диаметр штока занимает основную его длину и составляет 18 мм. За эту часть шток удерживается рукой, и она ограничивает проскакивание штока на другую сторону при снятии втулки, что предохранит поверхность головки блока от удара молотком. Диаметр второй части штока равен диаметру втулки. Длина этой части равняется глубине отверстия, в котором размещена втулка. Третья часть штока самая короткая — ее диаметр соответствует внутреннему диаметру штока клапана (диаметру внутренней поверхности направляющей). Ее предназначение заключается в том, чтобы при выбивании втулки направление штока строго соответствовало направлению втулки и не создавался перекос штока при ударе по нему молотком.
Это интересно: Какие элементы подвески нуждаются в диагностике
Вторая часть штока похожа на торцевую головку. Отличает ее от торцевой головки отсутствие внутри граней (цилиндрическое отверстие с диаметром и длиной, равной диаметру и длине верхней части направляющей). В верхней части головки имеется отверстие с диаметром, равным внутреннему диаметру втулки и внешнему размеру штока с рабочей стороны. Как видно из описания оправки, найти ей замену из подручных средств не так сложно. Для этого как минимум понадобится цилиндрический стержень удобной длины, диаметр которого с одной стороны равняется внешнему диаметру втулки. В качестве наставки можно использовать старый шток маслонасоса от ВАЗ, предварительно сточив шестерню.
Для установки направляющей на место используйте торцевую головку подходящего диаметра либо подходящую полую трубку. Далее в тексте будут использоваться термины «оправка», «шток», «головка», подразумевающие под собой как специальную оправку, так и подходящие подручные средства.
Процесс снятия изношенной направляющей и установка новой
Для снятия втулки переворачиваем ГБЦ рабочей частью вверх. Далее берем шток, вставляем в отверстие клапана и молотком аккуратно выпрессовываем.
В данном процессе важна точность удара. Если вы попадете молотком по поверхности головки блока, то это приведет к нарушению плоскости ГБЦ. Чтобы выбить втулку, удар должен быть сильным, а для этого лучше использовать тяжелый молоток. Чтобы установить новую втулку, разместите ГБЦ на поверхности в положении, в котором она размещается на двигателе. Затем возьмите новую втулку, смажьте внешнюю поверхность маслом и установите ее в нужное отверстие.
Далее наденьте на нее головку и вставьте шток. Аккуратно ударяя молотком по верху штока, запрессуйте направляющую втулкуна место. При установке обратите внимание, чтобы выбранные подручные средства не касались верха седла сальника (отмечен стрелочкой 1), так как при ударе седло деформируется или от него отколется кусок. Головка должна упираться в основание седла сальника (отмечено стрелочкой 2).
Со снятием и установкой направляющей втулки проблем не возникает. Это простая процедура, которая требует определенных знаний, аккуратности и точности при работе.
Видео работы головки блока цилиндров
Одним из преимуществ автомобилей, выпущенных отечественными заводами, является возможность выполнения владельцем ремонта любых узлов и агрегатов, вплоть до полной разборки двигателя. Если автовладелец принялся осваивать ремонт головки блока цилиндров, то необходимо разобраться, как производится замена направляющих втулок клапанов. Процедура это в сравнении с иными манипуляция не представляет сложности, но имеет существенное значение для обеспечения работоспособности мотора.
Для чего нужна направляющая втулка клапана?
В обеспечении стабильной работы мотора элементы головки блока играют важную роль. Особенно тщательно необходимо следить за состоянием клапанов, ведь от них зависит, насколько эффективно будет происходить заполнение цилиндров горючей смесью и освобождение её от продуктов сгорания топлива. Доверена эта работа клапанам, которые своевременно открывают и закрывают просветы каналов поступления топливной смеси и выхлопных газов.
Каждый клапан имеет рабочую часть в виде диска (тарелку), которая плотно прилегает к гнезду и шток. Именно через шток тарелке передаётся возвратно-поступательное движение, необходимое для работы механизма. Для того, чтобы шток клапана двигался строго по своей оси, он помещён в специальную втулку.
Направляющие клапанов выполнены таким образом, чтобы клапан не имел возможности колебаться в стороны. Отсутствие зазора между поверхностью штока и внутренней поверхностью втулки также помогает сальнику клапана защитить камеру сгорания от попадания моторного масла. Даже с учётом того, что для клапанов и направляющих используют очень прочные сплавы, износ неизбежен. Именно поэтому периодически необходима замена втулок клапанов.
Очевидными признаками необходимости такого ремонта являются:
- попадание в камеру сгорания моторного масла (увеличение расхода масла, сизый дым выхлопа);
- характерный шум от головки;
- замена направляющих клапанов на новые;
- замена клапанов после их повреждения (особенно при искривлении штока);
- капитальный ремонт ГБЦ.
Готовим двигатель к замене направляющих втулок клапанов ВАЗ
Любая работа, связанная с ремонтом двигателя автомобиля требует подготовки. Особенно это важно, когда дело доходит до газораспределительного механизма. В процессе возврата мотора к жизни обойтись простым набором гаечных ключей уже не удастся. Конструкция отдельных элементов требует наличия особых приспособлений.
Замена направляющих втулок клапанов ВАЗ на всех автомобилях классической серии абсолютно одинакова из-за идентичности устройства двигателей. Для проведения этой операции необходима специальная оправка, которую можно заказать знакомому токарю или купить в магазине. Состоит она из рукоятки и рабочей части. Рабочая часть представляет собой стержень, диаметр которого чуть меньше наружного диаметра втулки, а на конце имеется более тонкая часть, которая свободно входит внутрь втулки.
Кроме этого необходимо приготовить развёртки – специальные длинные свёрла, которые позволяют довести внутренний диаметр отверстий до нужного калибра. В магазине необходимо приобрести развёртки на:
- 8,022-8,040 мм (для каналов впускных клапанов);
- 8,029-8,047 мм.(для каналов выпускных клапанов).
Кончено, замена втулок двигателя любого автомобиля возможна только, когда головка демонтирована, клапана и другие элементы ГЦБ сняты, а также выкручены шпильки у цилиндров №1 и №4 в верхней части (они мешают запрессовке втулок).
Замена направляющих втулок клапанов – действуем последовательно
Приступая к работе, головку блока цилиндров предварительно очищают от смазки и грязи. Далее её необходимо уложить на верстак с хорошим освещением. После этого следует выполнить следующие операции:
- вставляя поочерёдно оправку в отверстия старых втулок (со стороны камеры сгорания), аккуратно молотком наносим удары по её концу и выбиваем втулки;
- посадочное место втулки очищаем ветошью с бензином или растворителей, продуваем сжатым воздухом;
- втулки необходимо заранее выдержать в морозилке примерно 2-е суток для их сжатия;
- нагреваем ГБЦ на электроплитке до температуры примерно 100 градусов Цельсия (это позволит расширить посадочные каналы);
- надеваем на втулки стопорные кольца, вставляем втулки в отверстия и через оправку аккуратно забиваем до полной посадки.
Определение износа
Характер работы пары «клапанный стержень — втулка» обуславливает повышенный износ внутренней поверхности последней. Заметен он становится при длительном пробеге автомобиля (около 150 тыс. км.). В то же время использование масел низкого качества может существенно ускорить выработку ресурса втулок. Поэтому всегда перед их заменой желательно определить степень износа. Для этого есть два метода:
- С использованием микрометра в паре с нутромером. С помощью этих инструментов у втулки измеряется минимальное значение внутреннего диаметра, а также максимальный диаметр зоны хода клапанного стержня. Разность между полученными диаметрами и даст нам ширину искомого зазора. При проведении измерений не нужно забывать о конусном и бочкообразном характере износа стержня, а также о том, что с высотой у втулки меняется диаметр. Все поверхности перед началом замеров необходимо хорошо очистить от пыли и грязи.
Набор из Нутромера и микрометра для определения износа втулок - С использованием индикатора часового типа со специальной стойкой (микрометрический нутромер или нутромер индикаторного типа). Если полученное значение зазора выходит за обозначенные в мануале пределы, то берётся новый клапан и повторяется процедура замеров. Если же и во втором случае зазор вышел за рамки допустимого, значит, запчасти идут под замену.
Нутромер с индикатором часового типа для измерения зазоров между втулкой и клапаном
