Механічна частина двигуна / Головка блока циліндрів

Головка блока циліндрів

Головка блока циліндрів, або ГБЦ, - це верхня частина двигуна внутрішнього згоряння, яка закриває циліндри, формує камери згоряння та містить значну частину газорозподільного механізму. У головці розташовуються впускні й випускні канали, клапани, сідла, напрямні, свічки запалювання або розжарювання, форсунки, масляні магістралі та канали охолоджувальної рідини.

У двигунах із верхнім розташуванням розподільних валів головка також містить опори розподільного валу, толкателі, коромисла, гідрокомпенсатори та елементи системи зміни фаз. У дизельних двигунах вона працює при особливо високому тиску згоряння та значному тепловому навантаженні.

Зразок правильного англійського перекладу: головка блока циліндрів - Cylinder Head; камера згоряння - Combustion Chamber; площина прилягання - Head Gasket Surface; впускний канал - Intake Port; випускний канал - Exhaust Port; сідло клапана - Valve Seat; напрямна клапана - Valve Guide; опресування головки - Cylinder Head Pressure Test; перевірка площинності - Cylinder Head Flatness Check.

Головку блока потрібно відрізняти від блока циліндрів і прокладки головки. Блок містить циліндри, поршні, колінчастий вал та основні опори. Прокладка герметизує стик між блоком і головкою. Сама ГБЦ є жорстким литим вузлом із точно обробленими поверхнями й каналами.

Головний принцип: перегрів, втрата антифризу, білий дим або низька компресія не доводять пошкодження головки блока. Такі самі симптоми можуть створювати прокладка ГБЦ, блок циліндрів, клапани, система охолодження, турбокомпресор, теплообмінник або неправильні механічні фази.

Не знімайте головку без попередньої діагностики компресії, системи охолодження та механічних фаз.
Не відкручуйте болти на гарячому двигуні.
Не порушуйте послідовність послаблення й затягування кріплення.
Не використовуйте старі розтягувані болти, якщо виробник передбачає їх заміну.
Не шліфуйте головку без вимірювання висоти та перевірки допустимого припуску.
Не встановлюйте прокладку довільної товщини.
Не очищайте площину грубим абразивним кругом.
Не допускайте потрапляння абразиву в масляні й охолоджувальні канали.
Не міняйте місцями кришки опор розподільного валу.
Не запускайте двигун до ручного прокручування та перевірки механічних фаз.

Призначення головки блока

Головка блока одночасно є силовою, тепловою, газодинамічною та ущільнювальною частиною двигуна. Вона повинна витримувати тиск згоряння, нагрівання випускної зони, навантаження від клапанних пружин і зусилля затягування болтів.

Основні функції ГБЦ:

закриває верхню частину циліндрів;
формує камери згоряння;
утримує впускні й випускні клапани;
спрямовує повітря або паливоповітряну суміш до циліндрів;
відводить вихлопні гази;
утримує свічки запалювання, свічки розжарювання або форсунки;
забезпечує циркуляцію охолоджувальної рідини;
подає моторну оливу до опор валів та клапанного механізму;
утримує розподільні вали в двигунах OHC і DOHC;
герметизує камери згоряння разом із прокладкою та блоком;
служить основою для впускного й випускного колекторів;
забезпечує встановлення датчиків, клапанів VVT та інших виконавчих механізмів.

Основні елементи ГБЦ

Елемент	Призначення	Типові дефекти
Камера згоряння	Формує робочий об'єм над поршнем	Тріщини, ерозія, сліди детонації
Впускні канали	Подають повітря або суміш	Нагар, пошкодження, негерметичність
Випускні канали	Відводять гарячі гази	Тріщини, перегрів, ерозія
Сідла клапанів	Герметизують закриті клапани	Прогар, просідання, тріщини
Напрямні клапанів	Спрямовують рух стержнів	Зношування, люфт, заклинювання
Опори розподільного валу	Утримують вал і забезпечують масляний зазор	Задири, збільшений зазор, деформація
Канали охолодження	Відводять тепло	Корозія, накип, тріщини, закупорення
Масляні канали	Подають оливу до механізмів	Шлам, закупорення, витік тиску

Матеріали головки блока

Алюмінієвий сплав

Більшість сучасних головок виготовляється з алюмінієвих сплавів. Вони мають невелику масу й добре відводять тепло, але чутливі до перегріву, неправильної затяжки та грубого очищення поверхонь.

Чавун

Чавунні головки застосовувалися на багатьох старих бензинових і дизельних двигунах. Вони жорсткіші й менш чутливі до локальної деформації, але мають більшу масу та також можуть тріскатися після перегрівання або замерзання охолоджувальної рідини.

Матеріал визначає допустимі способи очищення, зварювання, опресування, механічної обробки та встановлення сідел.

Типи конструкцій

головка нижньовального двигуна з клапанами та коромислами;
SOHC із одним верхнім розподільним валом;
DOHC із двома верхніми розподільними валами;
двоклапанна, триклапанна, чотириклапанна або багатоклапанна конструкція;
головка бензинового двигуна зі свічками запалювання;
дизельна головка зі свічками розжарювання та форсунками;
головка з безпосереднім упорскуванням бензину;
головка з інтегрованим випускним колектором;
головка з інтегрованим корпусом розподільних валів;
окрема головка на кожен ряд V-подібного двигуна;
окремі головки на кожен циліндр у частині важких дизельних двигунів.

Камера згоряння

Форма камери згоряння впливає на ступінь стискання, рух повітря, швидкість згоряння, детонаційну стійкість і токсичність вихлопу. У бензинових двигунах важливе положення свічки, а в дизельних - форсунки та зони завихрення.

Камеру перевіряють на:

тріщини між сідлами клапанів;
тріщини біля свічки або форсунки;
ерозію після прориву газів;
сліди детонації;
удари стороннього предмета;
контакт клапана або поршня;
відкладення антифризу;
відмінність нагару між циліндрами.

Клапани, сідла та напрямні

Герметичність циліндра значною мірою залежить від стану клапанів і сідел. Клапан повинен точно прилягати до сідла по всьому колу, відводити тепло та вільно переміщуватися в напрямній.

Під час ремонту перевіряють:

прогар тарілки клапана;
деформацію стержня;
ширину й положення контактного пояска;
концентричність сідла;
просідання сідла в головці;
тріщини навколо сідла;
зазор у напрямних клапанів;
стан сальників штока клапана;
довжину й силу клапанних пружин;
стан сухарів, тарілок і опорних шайб.

Розподільні вали та їхні опори

У багатьох алюмінієвих головках розподільний вал працює без змінних вкладишів. Його шийки обертаються безпосередньо в оброблених опорах ГБЦ і кришках.

Це означає, що глибокі задири або надмірний зазор в опорах можуть зробити непридатною всю головку. Кришки опор обробляються разом із конкретною головкою, тому їх не переставляють між двигунами або різними позиціями.

Перевіряють:

діаметр шийок розподільного валу;
зазор в опорах;
співвісність ліжок;
задири й перенесення металу;
чистоту масляних каналів;
осьовий люфт валу;
стан кришок і різьбових отворів;
легкість обертання після затягування.

Канали охолодження

Найгарячішими зонами є перемички між випускними клапанами, місця навколо форсунок і випускних каналів. Охолоджувальна рідина повинна рівномірно проходити через сорочку головки та відводити тепло.

Порушення циркуляції можуть спричинити:

локальний перегрів;
деформацію площини;
тріщини між клапанами;
прогар прокладки;
кипіння охолоджувальної рідини;
корозію алюмінію;
кавітаційне пошкодження;
нерівномірну температуру циліндрів.

Масляні канали

Через головку моторна олива подається до розподільних валів, гідрокомпенсаторів, клапанів VVT, фазорегуляторів та інших деталей.

Масляний шлам або герметик у каналі може спричинити:

масляне голодування опор;
задири розподільного валу;
стукіт гідрокомпенсаторів;
повільну роботу фазорегулятора;
перегрів контактних поверхонь;
заклинювання клапанного механізму;
зниження тиску моторної оливи.

Типові несправності ГБЦ

викривлення площини після перегріву;
тріщина між сідлами клапанів;
тріщина від камери згоряння до каналу охолодження;
тріщина біля форсунки або свічки;
корозія площини прилягання;
ерозія після прориву газів;
прогар або просідання клапанного сідла;
зношування напрямних клапанів;
пошкодження опор розподільного валу;
зрив різьби свічки, форсунки або кріплення;
закупорення масляних каналів;
корозія каналів охолодження;
пошкодження площини колектора;
деформація після неправильної затяжки;
механічне пошкодження при контакті клапанів із поршнями.

Причини пошкодження

перегрів двигуна;
низький рівень охолоджувальної рідини;
несправний термостат, насос або вентилятор;
повітря в системі охолодження;
закупорений радіатор або канали головки;
замерзання неправильної охолоджувальної рідини;
детонація або неправильне займання;
надмірний тиск наддуву;
неправильна товщина прокладки;
помилковий порядок затягування;
повторне використання розтягуваних болтів;
бруд між головкою та блоком;
неплощинність блока циліндрів;
порушення механічних фаз;
обрив ременя або перескок ланцюга ГРМ;
масляне голодування розподільних валів;
попередній неякісний ремонт.

Ознаки несправності

повторний перегрів двигуна;
зникнення антифризу без видимого зовнішнього витоку;
надмірний тиск у системі охолодження;
тверді патрубки невдовзі після холодного запуску;
бульбашки в розширювальному бачку;
викидання охолоджувальної рідини;
білий пар із вихлопної труби після прогрівання;
солодкуватий запах вихлопу;
антифриз на свічці або в циліндрі;
низька компресія в одному чи кількох циліндрах;
пропуски запалювання після холодного запуску;
олива в системі охолодження;
емульсія в моторній оливі;
синій дим через зношені напрямні або сальники клапанів;
металевий шум клапанного механізму;
зовнішній витік оливи або антифризу по стику.

Чому симптоми не можна оцінювати окремо

Емульсія під кришкою заливної горловини може утворюватися через короткі поїздки та конденсат. Білий пар на холоді може бути нормальною водяною парою. Олива в бачку іноді надходить через несправний теплообмінник, а не через головку.

Тому діагноз встановлюють за сукупністю результатів, а не за однією ознакою.

Початкова діагностика

Перевірити рівні моторної оливи й охолоджувальної рідини.
Оглянути двигун на зовнішні витоки.
Перевірити систему охолодження під тиском.
Оцінити, як швидко твердіють патрубки після запуску.
Перевірити наявність газів у розширювальному бачку.
Оглянути свічки запалювання або розжарювання.
Зчитати помилки й лічильники пропусків.
Виконати вимірювання компресії двигуна.
Виконати пневмотест циліндрів.
Провести ендоскопію циліндрів двигуна.
Перевірити механічні фази.
За потреби демонтувати головку для вимірювань та опресування.

Вимірювання компресії

Знижена компресія може бути наслідком негерметичного клапана, прогару сідла, пошкодження прокладки, тріщини головки, поршневих кілець або циліндра.

Важливо оцінювати:

абсолютний результат;
різницю між циліндрами;
швидкість наростання тиску;
зміну після додавання невеликої кількості оливи;
температуру двигуна й швидкість прокручування;
правильність відкривання дросельної заслінки.

Нормальна компресія не виключає невелику тріщину, яка відкривається тільки після прогрівання або під високим тиском згоряння.

Пневмотест циліндрів

Стиснене повітря подають у циліндр при закритих клапанах. Місце виходу допомагає визначити напрям негерметичності:

шум у впуску - впускний клапан;
шум у вихлопі - випускний клапан;
шум у картері - поршні, кільця або циліндр;
бульбашки в бачку - прокладка, тріщина головки або блока;
перетікання в сусідній циліндр - пошкодження між камерами.

Ендоскопія

Ендоскоп дозволяє побачити:

вимиту парою поверхню поршня;
краплі охолоджувальної рідини;
відмінність нагару між циліндрами;
пошкодження клапанів;
сліди контакту клапана з поршнем;
тріщини або ерозію, доступні для огляду;
сторонній предмет у камері згоряння.

Відсутність видимого дефекту не замінює опресування демонтованої головки.

Перевірка системи охолодження

тест герметичності під тиском;
перевірка кришки розширювального бачка;
тест на продукти згоряння в охолоджувальній рідині;
контроль температури патрубків;
перевірка термостата;
перевірка водяного насоса;
контроль роботи вентиляторів;
перевірка радіатора й теплообмінника;
правильне видалення повітря після заправлення.

Перевірка демонтованої головки

Після зняття головку повністю очищають і перевіряють до механічної обробки.

ідентифікують номер лиття;
оглядають площину прилягання;
шукають ерозію навколо циліндрів;
перевіряють тріщини між клапанами;
оглядають зони свічок і форсунок;
перевіряють канали охолодження;
оцінюють опори розподільних валів;
вимірюють висоту головки;
перевіряють площинність;
проводять опресування;
перевіряють герметичність клапанів;
оцінюють усі різьбові отвори.

Перевірка площинності

Площину перевіряють точною лекальною лінійкою та щупами в поздовжньому, поперечному й діагональному напрямках. Допуск залежить від матеріалу, довжини головки, типу прокладки та вимог виробника.

Вимірюють не тільки максимальний просвіт, а й:

загальну висоту головки;
непаралельність верхньої й нижньої площин;
локальне просідання біля циліндрів;
глибину корозійних раковин;
шорсткість поверхні після обробки;
відстань від клапанів до площини;
виступ форсунок і камер у дизельному двигуні.

Опресування ГБЦ

Для опресування канали закривають заглушками, головку нагрівають до визначеної температури та подають контрольований тиск. Вузол занурюють у воду або перевіряють іншим дозволеним способом.

Опресування може виявити:

тріщину між камерою й сорочкою охолодження;
тріщину навколо форсунки;
пористість лиття;
негерметичну технологічну заглушку;
пошкодження після замерзання антифризу;
тріщину, яка відкривається тільки після нагрівання.

Перевірка клапанів

Герметичність клапанів перевіряють вакуумним тестером, рідиною або на спеціальному стенді. Після розбирання вимірюють стержні, напрямні, сідла та пружини.

Просте притирання не усуне:

кривий стержень клапана;
прогар тарілки;
сильне просідання сідла;
тріщину навколо сідла;
надмірний люфт напрямної;
неправильну геометрію після попереднього ремонту.

Варіанти ремонту

очищення масляних і охолоджувальних каналів;
відновлення площини в допустимих межах;
заміна клапанів;
обробка або заміна сідел;
заміна напрямних клапанів;
заміна сальників штоків;
ремонт різьби свічки або форсунки;
заміна технологічних заглушок;
відновлення опор розподільного валу за дозволеною технологією;
зварювання окремих тріщин із подальшою обробкою й опресуванням;
заміна головки при неремонтопридатному дефекті.

Ремонт тріщини оцінюють з урахуванням її положення, довжини, навантаження та матеріалу. Не кожну заварену головку можна безпечно повернути в роботу.

Коли головку замінюють

тріщина проходить через критичну силову зону;
ремонт не забезпечує герметичність після опресування;
висота після попередніх шліфувань нижча за допустиму;
сильно пошкоджені опори розподільного валу;
є велика корозія площини й каналів;
зруйнована зона форсунки або свічки;
випало або багаторазово просіло клапанне сідло;
головка деформована поза можливістю відновлення;
ремонт коштує дорожче за справний комплектний вузол;
відсутня гарантія стабільності відновленої деталі.

Підбір головки блока

Головку не підбирають лише за маркою, моделлю або об'ємом двигуна. В одній серії можуть використовуватися різні лиття, клапани, форсунки, канали й опори валів.

Під час підбору перевіряють:

VIN автомобіля;
код і серійний номер двигуна;
номер лиття головки;
дату виробництва та екологічну версію;
бензинове або дизельне виконання;
кількість і діаметр клапанів;
SOHC або DOHC;
наявність системи зміни фаз;
тип форсунок і спосіб їх кріплення;
діаметр і різьбу свічок;
положення масляних та охолоджувальних каналів;
конструкцію впускного й випускного колекторів;
наявність інтегрованого випускного колектора;
тип датчиків і заглушок;
комплектність вузла.

Гола та комплектна головка

Виконання	Що може входити	Що потрібно перевірити
Гола головка	Лише литий корпус із сідлами та напрямними або без них	Сумісність усіх деталей старого клапанного механізму
Частково зібрана	Клапани, пружини, сальники, іноді розподільні вали	Комплектність, зазори, фази, кріплення
Комплектна	Повний клапанний механізм і вали	Точна версія двигуна, датчики, фазорегулятори, гарантія

Що перевірити одночасно

площину блока циліндрів;
прокладку головки блока;
болти головки циліндрів;
поршні й поверхні циліндрів;
газорозподільний механізм;
розподільні вали;
напрямні клапанів;
сальники штоків клапанів;
ремінь або ланцюг ГРМ;
насос і термостат системи охолодження;
радіатор і теплообмінник;
масляний насос та канали змащення;
впускний і випускний колектори;
форсунки, свічки та їхні посадочні місця.

Підготовка до зняття

Підтвердити необхідність демонтажу результатами діагностики.
Вивчити сервісну процедуру конкретного двигуна.
Дати двигуну повністю охолонути.
Від'єднати акумулятор відповідно до вимог автомобіля.
Злити моторну оливу й охолоджувальну рідину.
Установити механічні фази в контрольне положення.
Підготувати фіксатори колінчастого й розподільних валів.
Промаркувати роз'єми, трубки та вакуумні шланги.
Очистити зовнішню поверхню двигуна.
Підготувати ємності для болтів і деталей.

Зняття головки

Зняти впускні й випускні компоненти за процедурою.
Демонтувати привод ГРМ із фіксацією валів.
Зняти кришку клапанного механізму.
Від'єднати паливні, масляні та охолоджувальні магістралі.
Послаблювати болти у визначеній послідовності.
Не підважувати головку між ущільнювальними площинами.
Підняти вузол без перекосу.
Закрити циліндри й канали від забруднення.
Зафіксувати положення старої прокладки.
Оглянути сліди прориву газів до очищення.

Підготовка до встановлення

перевірити головку після ремонту опресуванням;
перевірити площину блока;
очистити різьбові отвори від рідини й бруду;
переконатися у правильності прокладки;
перевірити її товщину та орієнтацію;
підготувати нові болти, якщо це потрібно;
уточнити місця нанесення герметика;
перевірити виступ клапанів і форсунок;
змастити деталі клапанного механізму чистою оливою;
перевірити вільне обертання валів;
видалити абразив і залишки очищувача з каналів.

Установлення головки

Установити напрямні втулки блока.
Розташувати прокладку правильною стороною.
Опустити головку без переміщення по прокладці.
Установити болти в правильні отвори.
Виконати затягування за етапами й послідовністю виробника.
Застосувати необхідний момент і кут довороту.
Не виконувати додаткову протяжку без прямої вимоги.
Установити привод ГРМ за контрольними положеннями.
Відрегулювати або перевірити клапанні зазори.
Прокрутити двигун вручну.
Повторно перевірити механічні фази.
Заправити свіжі технічні рідини.

Перший запуск

створити тиск моторної оливи перед запуском, якщо це передбачено;
запустити двигун без різкого підвищення обертів;
перевірити індикатор тиску оливи;
контролювати шум клапанного механізму;
перевірити зовнішні витоки;
видалити повітря із системи охолодження;
контролювати температуру двигуна;
перевірити роботу обігрівача салону;
переконатися у відсутності газів у бачку;
повторно перевірити рівні після охолодження.

Перевірка після ремонту

компресія рівномірна;
двигун запускається без тривалого прокручування;
немає пропусків запалювання;
система охолодження утримує тиск;
рівень антифризу стабільний;
у бачку немає оливи й постійних бульбашок;
у моторній оливі немає охолоджувальної рідини;
відсутній білий пар після повного прогрівання;
механічні фази правильні;
немає стороннього шуму клапанного механізму;
відсутні зовнішні витоки по стиках;
після дорожнього тесту температура залишається стабільною.

Практичні випадки

Після перегріву замінили лише прокладку

Площину головки не виміряли й не виконали опресування. Через короткий час гази знову почали надходити в систему охолодження. Після демонтажу виявили викривлення та тріщину біля випускного клапана.

Антифриз зникав, але двигун не перегрівався

Після нічної стоянки один циліндр мав пропуски, а свічка була незвично чистою. Опресування виявило малу тріщину, яка відкривалася після нагрівання головки.

Після ремонту з'явився стукіт розподільного валу

Кришки опор переплутали місцями. Співвісність ліжок порушилася, вал обертався туго й пошкодив опорні поверхні.

Білий наліт під кришкою помилково прийняли за антифриз

Автомобіль використовувався для коротких зимових поїздок. Аналіз оливи та перевірка системи охолодження не підтвердили внутрішній витік. Причиною був конденсат.

Олива в розширювальному бачку залишилася після ремонту ГБЦ

Головка й прокладка були справними. Джерелом змішування виявився пошкоджений масляний теплообмінник.

Нова прокладка знову прогоріла

Болти затягнули без очищення різьбових отворів. У частині отворів залишалася охолоджувальна рідина, тому фактичне притискання головки було нерівномірним.

Типові помилки

знімати головку без підтвердження несправності;
вважати будь-який білий пар ознакою тріщини;
міняти прокладку без перевірки головки й блока;
не виконувати опресування після перегріву;
шліфувати головку без контролю мінімальної висоти;
встановлювати прокладку неправильної товщини;
повторно використовувати розтягувані болти;
порушувати порядок затягування;
залишати рідину в різьбових отворах;
знімати матеріал грубим абразивом;
залишати абразив у масляних каналах;
міняти місцями кришки розподільного валу;
не перевіряти напрямні й сідла клапанів;
не перевіряти механічні фази;
не прокручувати двигун вручну;
не видаляти повітря із системи охолодження;
не усувати первинну причину перегріву;
встановлювати невідповідну комплектну головку.

Товарні групи TESMA

Головки блока циліндрів
Болти головки блока циліндрів
Впускні клапани
Випускні клапани
Напрямні клапанів
Сальники клапанів
Сідла клапанів
Розподільні вали
Прокладки головки блока
Комплекти прокладок двигуна
Клапанні пружини
Коромисла та гідрокомпенсатори

Часті питання

Що таке головка блока циліндрів?

Це верхня частина двигуна, яка закриває циліндри, формує камери згоряння та містить клапани, канали, свічки або форсунки й частину газорозподільного механізму.

Чому головка деформується?

Найчастіше через перегрів і нерівномірне теплове розширення. Додатковими причинами є неправильна затяжка, локальне кипіння та попередня механічна обробка.

Як перевірити тріщину?

Застосовують опресування з нагріванням, візуальний контроль, капілярний або магнітопорошковий метод залежно від матеріалу.

Чи можна визначити несправність без зняття?

Можна підтвердити ознаки за компресією, пневмотестом, аналізом газів у бачку, ендоскопією та перевіркою системи охолодження. Точний стан площини й приховані тріщини оцінюють після демонтажу.

Чи завжди після перегріву потрібно шліфувати ГБЦ?

Ні. Спочатку вимірюють площинність і висоту. Обробку виконують лише при необхідності та в допустимих межах.

Чи можна повторно встановити старі болти?

Це залежить від їхньої конструкції. Болти з контрольованим розтягуванням зазвичай замінюють після демонтажу.

Чому після ремонту знову зникає антифриз?

Можливі тріщина, неправильна площина, несправна система охолодження, повітряна пробка, зовнішній витік або інший вузол, наприклад теплообмінник.

Чим небезпечні зношені напрямні клапанів?

Вони спричиняють бокове переміщення клапана, витрату оливи, дим, нестабільну герметичність сідла й прискорене зношування сальника.

Гола й комплектна головка - у чому різниця?

Гола головка є литим корпусом без більшості клапанних деталей. Комплектна може містити клапани, пружини, вали, толкателі та інші компоненти.

Що перевірити після встановлення?

Компресію, механічні фази, тиск оливи, герметичність системи охолодження, рівні рідин, температуру та відсутність пропусків запалювання.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще прочитати по цій темі

Висновок

Головка блока циліндрів формує верхню частину камер згоряння, утримує клапани, розподільні вали, свічки або форсунки та забезпечує рух оливи й охолоджувальної рідини. Її справність безпосередньо впливає на компресію, температуру, витрату оливи, роботу клапанного механізму та герметичність двигуна.

При перегріві, втраті антифризу, білому димі або низькій компресії спочатку виконують комплексну діагностику. Після демонтажу головку перевіряють на площинність, висоту, тріщини, герметичність каналів, стан клапанів, сідел, напрямних та опор валів. Під час складання застосовують правильну прокладку, кріплення, послідовність затягування й механічні фази, а також обов'язково усувають первинну причину перегріву.