Для чего нужны направляющие на гбц

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).

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.

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

Негерметичность уплотнения вследствие недостаточной жесткости (как следствие – деформации) головки цилиндров.

Нарушение герметичности в соединении головка – уплотнительная прокладка – выпускной коллектор

Не выдержан допуск плоскостности привалочной поверхности ГБЦ под уплотнительную прокладку выпускного коллектора

Чистота обработки поверхности под уплотнительную прокладку выпускного коллектора не обеспечивает герметичность стыка

Нарушение герметичности уплотнения в соединении клапанной крышки с головкой блока цилиндров

Повышенный расход моторного масла

Чистота обработки привалочной поверхности головки блока цилиндров под уплотнительную прокладку не обеспечивает герметичность в соединении

Недостаточное количество зон крепления клапанной крышки к головке блока цилиндров

Проблема – Неполное сгорание подаваемого форсункой топлива

Потеря мощности двигателя

Энергетические параметры впускного канала (момент вихря) не обеспечивают максимальное сгорание топлива.

Нарушение герметичности в соединении головки – уплотнительная прокладка – воздушный коллектор

Нарушение газодинамических характеристик – неполное сгорание топлива

Геометрические параметры привалочной поверхности головки блока под воздушный коллектор не обеспечивают герметичности в соединении с воздушным коллектором

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.

Замена направляющих клапанов заканчивается доработкой отверстий втулок до необходимого диаметра. Это необходимо делать, когда головка полностью остынет. Если стержень клапана не входит в отверстие втулки, оно растачивается развёртками, которые поочерёдно используются от самого малого размера с примеркой поле каждого прохода.

Что следует знать при проведении ремонта

Для того, чтобы замена втулок клапанов ВАЗ была произведена как положено, заранее необходимо определить, где устанавливаются впускные, а где выпускные клапаны, а также подготовить втулки. Спутать их сложно. Втулка для впускного клапана короче по размеру, а на внутренней её части имеются канавки для смазки, доходящие до середины. Втулки выпускных клапанов длиннее и имеют канавки на всю длину внутренней части.

Втулка – это канал в головке блока цилиндров, по которому клапан ходит вверх-вниз, выполняя свои функции открытия и закрытия впускных и выпускных каналов.

Зачем они нужны?

Действительно, а почему бы просто не просверлить в ГБЦ дырки и не вставить туда клапаны? Зачем нужна еще направляющая втулка?

Ответ прост: потому что штоки клапанов, двигаясь во втулках, неизбежно изнашиваются сами и изнашивают стенки втулки. Со временем зазор между штоками и стенками втулки увеличивается и клапаны начинают в них болтаться. Если бы втулок не было, то головку блока пришлось бы, в таком случае, менять в сборе. А процедура эта, мягко говоря, недешева. Для экономии средств при ремонте и существуют сменные направляющие втулки.

Отметим, что давным-давно, когда головки блока цилиндров изготавливали из чугуна, они были монолитными, без втулок и без седел клапанов, благо чугун более стоек к износу на трение. Алюминиевых монолитных головок вы уже не встретите.

Как устанавливаются втулки?

Для установки направляющих втулок, как и в случае с седлами клапанов, их нужно охладить. Желательно – в жидком азоте, чтобы под воздействием температуры металл слегка сжался. Головку блока, наоборот, разогревают, чтобы посадочные отверстия расширились. Далее специальным инструментом их вставляют в «голову» и когда температуры выровнялись, «разворачивают», то есть расширяют внутренний диаметр втулки под конкретную, заранее известную и определенную производителем величину.

Затем под новые втулки обрабатывают («прирезка» – есть такой профессиональный термин) седла клапанов, а сами клапаны – притирают. Обратно втулки выбивают уже с применением силы и специальной оправки.

Взаимодействие направляющей втулки и клапана

У втулки есть две основные функции:
– Обеспечивать свободный ход клапана вверх-вниз и в холодном, и в горячем состоянии. Как можно медленнее изнашивать шток и изнашиваться самой при трении.
– Отводить тепло от штока клапана, передавая его на материал ГБЦ.

Соответственно, зазор между втулкой и клапаном должен быть минимальным, но достаточным, чтобы клапан не застревал там и не терся слишком сильно о стенки втулки. Горячий шток клапана будет немного толще холодного, поэтому между втулкой и клапаном предусматривается небольшой тепловой зазор, только в отличие от теплового зазора между распредвалом и клапаном, он минимален и не регулируется.

Из чего сделаны направляющие втулки клапанов?

Довольно архаичный вариант – отлив из весьма прочного перлитного серого чугуна с содержанием графита. Также встречаются дополнительно усиленные чугунные сплавы с добавлением фосфора и хрома.

Бронзовые или латунные втулки обеспечивают меньший коэффициент трения (меньше трения – меньше потери), тепло отводят лучше чугунных, однако сильнее расширяются при нагреве. А значит, исходный тепловой зазор должен быть больше.

Металлокерамические втулки спекаются из порошка меди, железа и графита, считаются подходящими для высоких нагрузок.

Дать однозначный ответ на вопрос «что лучше» сложно, так как коэффициент трения зависит еще и от материала, из которого сделан клапан. При замене втулок лучше подбирать ту пару материалов, которую использовал производитель. Если же вы хотите «улучшить» мотор тюнингом, подходите к этому вопросу вдумчиво и изучите в деталях опыт тех, кто уже проводил доработки.

Источник: automotogid.ru