Механическая часть двигателя / Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров, или ГБЦ, - это верхняя часть двигателя внутреннего сгорания, закрывающая цилиндры, формирующая камеры сгорания и содержащая значительную часть газораспределительного механизма. В головке расположены впускные и выпускные каналы, клапаны, седла, направляющие, свечи зажигания или накаливания, форсунки, масляные магистрали и каналы охлаждающей жидкости.

В двигателях с верхними распределительными валами головка также содержит опоры распределительного вала, толкатели, коромысла, гидрокомпенсаторы и элементы системы изменения фаз.

Образец правильного английского перевода: головка блока цилиндров - Cylinder Head; камера сгорания - Combustion Chamber; привалочная плоскость - Head Gasket Surface; канал впускной - Intake Port; канал выпускной - Exhaust Port; седло клапана - Valve Seat; направляющая клапана - Valve Guide; опрессовка головки - Cylinder Head Pressure Test; проверка плоскостности - Cylinder Head Flatness Check.

Головку необходимо отличать от блока цилиндров и прокладки ГБЦ. Блок содержит цилиндры, поршни и коленчатый вал. Прокладка герметизирует соединение, а головка является жестким литым узлом с обработанными поверхностями и внутренними каналами.

Главный принцип: перегрев, потеря антифриза, белый дым или низкая компрессия не доказывают повреждение головки. Аналогичные симптомы могут создавать прокладка ГБЦ, блок цилиндров, клапаны, система охлаждения, турбокомпрессор, теплообменник или неправильные механические фазы.

Не снимайте головку без предварительной диагностики.
Не отворачивайте болты на горячем двигателе.
Не нарушайте последовательность ослабления и затяжки.
Не применяйте повторно растягиваемые болты.
Не шлифуйте головку без измерения ее высоты.
Не устанавливайте прокладку произвольной толщины.
Не очищайте плоскость грубым абразивным кругом.
Не допускайте попадания абразива в каналы.
Не меняйте местами крышки опор распределительных валов.
Не запускайте двигатель до ручного проворачивания и проверки фаз.

Назначение головки блока

ГБЦ одновременно является силовой, тепловой, газодинамической и уплотнительной частью двигателя. Она воспринимает давление сгорания, нагрев выпускных каналов, нагрузку клапанных пружин и усилие затяжки крепежа.

закрывает верхнюю часть цилиндров;
формирует камеры сгорания;
удерживает впускные и выпускные клапаны;
направляет воздух или смесь в цилиндры;
отводит выпускные газы;
удерживает свечи или форсунки;
обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости;
подает масло к распределительным валам;
является основанием клапанного механизма;
герметизирует камеры вместе с блоком и прокладкой;
служит основанием для коллекторов;
удерживает датчики и клапаны системы изменения фаз.

Основные элементы ГБЦ

Элемент	Назначение	Типичные дефекты
Камера сгорания	Формирует объем над поршнем	Трещины, эрозия, детонационные повреждения
Впускные каналы	Подают воздух или смесь	Нагар, повреждение, негерметичность
Выпускные каналы	Отводят горячие газы	Трещины и перегрев
Седла клапанов	Герметизируют закрытые клапаны	Прогар, проседание, трещины
Направляющие клапанов	Направляют движение стержней	Износ, люфт, заклинивание
Опоры распределительного вала	Удерживают вал	Задиры и увеличенный зазор
Каналы охлаждения	Отводят тепло	Коррозия, трещины, засорение
Масляные каналы	Подают масло к механизмам	Шлам и закупорка

Материалы

Алюминиевый сплав

Большинство современных головок изготовлено из алюминиевых сплавов. Они имеют небольшую массу и хорошо отводят тепло, но чувствительны к перегреву и неправильной затяжке.

Чугун

Чугунные головки применялись на многих старых бензиновых и дизельных двигателях. Они жестче, но тяжелее и также могут трескаться после перегрева или замерзания охлаждающей жидкости.

Типы конструкций

головка нижневального двигателя;
SOHC с одним верхним распределительным валом;
DOHC с двумя верхними валами;
двухклапанная и многоклапанная конструкция;
бензиновая головка со свечами зажигания;
дизельная головка с форсунками и свечами накаливания;
конструкция с непосредственным впрыском бензина;
головка с интегрированным выпускным коллектором;
головка с отдельным корпусом распределительных валов;
отдельные головки для рядов V-образного двигателя.

Камера сгорания

Форма камеры влияет на степень сжатия, движение воздуха, скорость горения и устойчивость к детонации.

трещины между седлами;
трещины возле свечи или форсунки;
эрозию после прорыва газов;
следы детонации;
удары постороннего предмета;
контакт клапана с поршнем;
следы охлаждающей жидкости;
разницу нагара между цилиндрами.

Клапаны, седла и направляющие

Герметичность цилиндра зависит от точного прилегания клапана к седлу и правильного зазора стержня в направляющей.

прогар тарелки клапана;
деформацию стержня;
положение контактного пояска;
концентричность седла;
проседание седла;
трещины вокруг седла;
зазор в направляющих клапанов;
состояние сальников стержней клапанов;
клапанные пружины;
сухари и тарелки.

Распределительные валы и опоры

Во многих алюминиевых головках вал вращается непосредственно в обработанных опорах без сменных вкладышей. Глубокие задиры могут сделать непригодной всю головку.

Крышки опор обрабатываются вместе с конкретной ГБЦ. Их нельзя переставлять между позициями или другими головками.

диаметр шеек вала;
зазор в опорах;
соосность постелей;
задиры;
чистоту каналов;
осевой люфт;
состояние резьбы;
свободное вращение после затяжки.

Каналы охлаждения

Наиболее нагружены перемычки между выпускными клапанами, зоны форсунок и выпускных каналов.

локальный перегрев;
деформация плоскости;
трещины между клапанами;
прогар прокладки;
кипение жидкости;
коррозия алюминия;
кавитационные повреждения;
неравномерная температура цилиндров.

Масляные каналы

Через ГБЦ масло подается к валам, гидрокомпенсаторам, клапанам VVT и фазорегуляторам.

масляное голодание опор;
задиры распределительного вала;
стук гидрокомпенсаторов;
медленную работу фазорегулятора;
перегрев поверхностей;
заклинивание клапанного механизма;
снижение давления масла.

Типичные неисправности

искривление плоскости после перегрева;
трещина между седлами;
трещина между камерой и каналом охлаждения;
трещина возле форсунки или свечи;
коррозия привалочной плоскости;
эрозия после прорыва газов;
прогар или проседание седла;
износ направляющих;
повреждение опор распредвала;
повреждение резьбы;
закупорка масляных каналов;
коррозия каналов охлаждения;
деформация плоскости коллектора;
повреждение после контакта клапанов с поршнями.

Причины повреждения

перегрев двигателя;
низкий уровень антифриза;
неисправный термостат, насос или вентилятор;
воздух в системе охлаждения;
засоренный радиатор;
замерзание охлаждающей жидкости;
детонация;
чрезмерное давление наддува;
неправильная прокладка;
нарушение порядка затяжки;
повторное использование болтов;
грязь между головкой и блоком;
неплоскостность блока;
нарушение фаз ГРМ;
обрыв ремня или перескок цепи;
масляное голодание;
некачественный предыдущий ремонт.

Признаки неисправности

повторный перегрев;
исчезновение антифриза;
чрезмерное давление в системе охлаждения;
твердые патрубки после холодного запуска;
пузырьки в расширительном бачке;
выброс охлаждающей жидкости;
белый пар после прогрева;
запах антифриза в выхлопе;
антифриз в цилиндре;
низкая компрессия;
пропуски после холодного запуска;
масло в системе охлаждения;
эмульсия в моторном масле;
синий дым из-за направляющих и сальников;
шум клапанного механизма;
наружная утечка по стыку.

Почему одной ознаки недостаточно

Эмульсия под крышкой может быть конденсатом после коротких поездок. Белый пар на холоде часто является обычным водяным паром. Масло в бачке может поступать из теплообменника.

Диагноз устанавливают по совокупности результатов.

Начальная диагностика

Проверить уровни масла и охлаждающей жидкости.
Осмотреть наружные утечки.
Проверить систему охлаждения под давлением.
Оценить давление в патрубках после запуска.
Проверить газы в расширительном бачке.
Осмотреть свечи.
Считать ошибки и пропуски.
Выполнить измерение компрессии двигателя.
Выполнить пневмотест.
Провести эндоскопию цилиндров двигателя.
Проверить механические фазы.
При необходимости снять головку.

Измерение компрессии

Низкая компрессия возможна при негерметичном клапане, повреждении прокладки, трещине, износе колец или цилиндра.

сравнивают абсолютные результаты;
оценивают разницу между цилиндрами;
наблюдают скорость нарастания;
выполняют масляную пробу;
учитывают температуру и обороты стартера;
соблюдают процедуру конкретного двигателя.

Нормальная компрессия не исключает трещину, открывающуюся после нагрева.

Пневмотест

шум во впуске - впускной клапан;
шум в выпуске - выпускной клапан;
шум в картере - поршневая группа;
пузырьки в бачке - прокладка, головка или блок;
перетекание в соседний цилиндр - дефект между камерами.

Эндоскопия

вымытую паром поверхность поршня;
капли охлаждающей жидкости;
разницу нагара;
повреждения клапанов;
контакт клапана с поршнем;
видимую эрозию;
посторонний предмет.

Эндоскопия не заменяет опрессовку демонтированной головки.

Проверка системы охлаждения

тест герметичности под давлением;
проверку крышки бачка;
тест на продукты сгорания;
контроль температуры патрубков;
проверку термостата;
проверку водяного насоса;
работу вентиляторов;
состояние радиатора и теплообменника;
правильное удаление воздуха.

Проверка снятой головки

идентифицировать номер литья;
осмотреть привалочную плоскость;
найти эрозию вокруг цилиндров;
проверить трещины между клапанами;
осмотреть зоны свечей и форсунок;
проверить каналы охлаждения;
оценить опоры распределительных валов;
измерить высоту;
проверить плоскостность;
выполнить опрессовку;
проверить клапаны;
оценить резьбовые отверстия.

Проверка плоскости

Плоскость проверяют лекальной линейкой и щупами в нескольких направлениях. Допуск зависит от материала, длины головки и типа прокладки.

общую высоту;
непараллельность плоскостей;
локальное проседание;
глубину коррозии;
шероховатость поверхности;
положение клапанов;
выступ форсунок и камер.

Опрессовка ГБЦ

Каналы закрывают заглушками, головку нагревают и подают контрольное давление.

трещину между камерой и рубашкой охлаждения;
трещину вокруг форсунки;
пористость литья;
негерметичную заглушку;
повреждение после замерзания;
трещину, открывающуюся после нагрева.

Проверка клапанов

Герметичность проверяют вакуумом, жидкостью или на стенде. После разборки измеряют клапаны, направляющие, седла и пружины.

Притирка не устранит:

кривой стержень;
прогар тарелки;
сильное проседание седла;
трещину;
чрезмерный люфт направляющей;
неправильную геометрию.

Варианты ремонта

очистка каналов;
восстановление плоскости;
замена клапанов;
обработка или замена седел;
замена направляющих;
замена сальников клапанов;
ремонт резьбы свечи или форсунки;
замена заглушек;
восстановление опор валов;
ремонт отдельных трещин;
замена головки.

Когда головку заменяют

трещина проходит через силовую зону;
ремонт не обеспечивает герметичность;
высота ниже допуска;
сильно повреждены опоры валов;
имеется глубокая коррозия;
разрушена зона форсунки или свечи;
выпадает клапанное седло;
деформация не поддается восстановлению;
ремонт экономически нецелесообразен.

Подбор головки блока

VIN автомобиля;
код и номер двигателя;
номер литья;
дату производства;
бензиновое или дизельное исполнение;
количество и размеры клапанов;
SOHC или DOHC;
систему изменения фаз;
тип форсунок;
резьбу свечей;
расположение каналов;
конструкцию коллекторов;
наличие интегрированного выпуска;
датчики и заглушки;
комплектность.

Головка без комплектации и в сборе

Исполнение	Комплектность	Что проверить
Без комплектации	Литой корпус	Совместимость старого клапанного механизма
Частично собранная	Клапаны, пружины, иногда валы	Зазоры и комплектность
Комплектная	Клапанный механизм и распределительные валы	Точную версию двигателя и гарантию

Что проверить одновременно

плоскость блока цилиндров;
прокладку ГБЦ;
болты головки блока цилиндров;
поршни и цилиндры;
газораспределительный механизм;
распределительные валы;
направляющие клапанов;
сальники стержней клапанов;
ремень или цепь ГРМ;
водяной насос и термостат;
радиатор и теплообменник;
масляный насос;
впускной и выпускной коллекторы;
форсунки и свечи.

Подготовка к снятию

Подтвердить необходимость демонтажа.
Изучить сервисную процедуру.
Полностью остудить двигатель.
Отключить аккумулятор.
Слить масло и охлаждающую жидкость.
Установить механические фазы.
Подготовить фиксаторы валов.
Промаркировать разъемы и трубки.
Очистить наружную поверхность.
Подготовить емкости для деталей.

Снятие головки

Снять впускные и выпускные компоненты.
Демонтировать привод ГРМ.
Снять крышку клапанного механизма.
Отсоединить топливные, масляные и охлаждающие магистрали.
Ослаблять болты по установленной схеме.
Не поддевать головку между плоскостями.
Поднять узел без перекоса.
Закрыть цилиндры и каналы.
Зафиксировать положение старой прокладки.
Осмотреть следы прорыва газов.

Подготовка к установке

проверить головку опрессовкой;
проверить плоскость блока;
очистить резьбовые отверстия;
подобрать правильную прокладку;
проверить ее толщину и ориентацию;
подготовить новые болты;
уточнить места герметика;
проверить выступ клапанов и форсунок;
смазать клапанный механизм;
проверить вращение валов;
удалить загрязнения из каналов.

Установка головки

Установить направляющие втулки блока.
Правильно расположить прокладку.
Опустить головку без смещения.
Установить болты по местам.
Затянуть по этапам и последовательности.
Применить установленный момент и угол.
Не выполнять дополнительную протяжку без требования.
Установить привод ГРМ.
Проверить клапанные зазоры.
Провернуть двигатель вручную.
Повторно проверить фазы.
Заправить свежие жидкости.

Первый запуск

создать давление масла до запуска, если требуется;
запустить двигатель без повышения оборотов;
контролировать давление масла;
слушать клапанный механизм;
проверить наружные утечки;
удалить воздух из системы охлаждения;
контролировать температуру;
проверить отопитель;
исключить постоянные пузырьки в бачке;
проверить уровни после остывания.

Проверка после ремонта

компрессия равномерна;
двигатель нормально запускается;
нет пропусков зажигания;
система охлаждения удерживает давление;
уровень антифриза стабилен;
нет масла в бачке;
нет охлаждающей жидкости в масле;
нет белого пара после прогрева;
фазы установлены правильно;
нет постороннего шума;
отсутствуют наружные утечки;
температура стабильна после поездки.

Практические случаи

После перегрева заменили только прокладку

Головку не измерили и не опрессовали. Повторная утечка возникла из-за деформации и трещины возле выпускного клапана.

Антифриз исчезал без перегрева

После стоянки один цилиндр работал с пропусками. Опрессовка выявила небольшую температурную трещину.

После ремонта появился стук распредвала

Крышки опор перепутали местами, из-за чего нарушилась соосность постелей.

Белый налет приняли за антифриз

Причиной оказался конденсат после коротких зимних поездок. Проверка системы охлаждения не подтвердила утечку.

Масло осталось в бачке после ремонта ГБЦ

Источником был поврежденный масляный теплообменник.

Новая прокладка снова прогорела

В резьбовых отверстиях оставалась жидкость, поэтому фактическое усилие затяжки было неравномерным.

Типичные ошибки

снимать головку без диагностики;
считать любой белый пар признаком трещины;
менять прокладку без проверки головки и блока;
не выполнять опрессовку;
шлифовать без контроля высоты;
устанавливать прокладку неправильной толщины;
повторно использовать болты;
нарушать порядок затяжки;
оставлять жидкость в резьбовых отверстиях;
очищать плоскость грубым абразивом;
оставлять абразив в каналах;
переставлять крышки опор;
не проверять седла и направляющие;
не проверять механические фазы;
не проворачивать двигатель вручную;
не удалять воздух из системы охлаждения;
не устранять причину перегрева;
устанавливать неподходящую головку.

Товарные группы TESMA

Головки блока цилиндров
Болты головки блока цилиндров
Клапаны впускные
Клапаны выпускные
Направляющие клапанов
Маслосъемные колпачки
Седла клапанов
Распределительные валы
Прокладки головки блока
Комплекты прокладок двигателя
Клапанные пружины
Коромысла и гидрокомпенсаторы

Частые вопросы

Что такое головка блока цилиндров?

Это верхняя часть двигателя, формирующая камеры сгорания и содержащая клапаны, каналы, свечи или форсунки и элементы ГРМ.

Почему головка деформируется?

Обычно из-за перегрева и неравномерного теплового расширения.

Как проверить трещину?

Применяют опрессовку с нагревом и методы дефектоскопии, подходящие для материала головки.

Можно ли проверить ГБЦ без снятия?

Можно выявить признаки с помощью компрессии, пневмотеста, анализа газов, эндоскопии и проверки системы охлаждения. Плоскость и скрытые трещины проверяют после демонтажа.

Всегда ли после перегрева нужна шлифовка?

Нет. Сначала измеряют плоскость и высоту. Обработку выполняют только при необходимости.

Можно ли повторно использовать болты?

Болты с контролируемым растяжением обычно заменяют.

Почему после ремонта снова исчезает антифриз?

Возможны трещина, неправильная плоскость, неисправность системы охлаждения, воздушная пробка или теплообменник.

Чем опасны изношенные направляющие?

Они вызывают боковое перемещение клапана, расход масла и ухудшение герметичности седла.

Чем отличается головка без комплектации?

Она представляет собой литой корпус без большинства клапанных деталей. Головка в сборе может содержать клапаны, пружины и распределительные валы.

Что проверить после установки?

Компрессию, фазы, давление масла, герметичность охлаждения, уровни жидкостей, температуру и отсутствие пропусков.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Головка блока цилиндров формирует верхнюю часть камер сгорания, удерживает клапаны, распределительные валы, свечи или форсунки и обеспечивает движение масла и охлаждающей жидкости. Ее состояние влияет на компрессию, температуру, расход масла, работу клапанного механизма и герметичность двигателя.

При перегреве, потере антифриза, белом дыме или низкой компрессии сначала проводят комплексную диагностику. После снятия головку проверяют на плоскостность, высоту, трещины, герметичность каналов, состояние клапанов, седел, направляющих и опор валов. При сборке применяют правильную прокладку, крепление, последовательность затяжки и механические фазы, а также устраняют первичную причину перегрева.