Что нужно знать о ГБЦ

Каждый водитель знаком с этим термином, но не всякий может дать ему точное определение. Между тем это важнейшие узел практически любого ДВС. Именно ГБЦ защищает все внутренние механизмы от внешнего воздействия, являясь защитной крышкой силового агрегата. Но это далеко не единственное предназначение данной детали.

Что такое ГБЦ в автомобиле

Поскольку мы уже рассказали, как дословно расшифровывается аббревиатура ГБЦ, осталось упомянуть, что головка БЦ – это верхняя часть самого блока, и это следует из названия узла. Она выполняет множество функций, полный перечень которых может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа самого мотора. Перечислим основные задачи, выполняемые головкой БЦ:

• мы уже упоминали о защитной функции. Она возлагается на крышку ГБЦ, прикрывающую внутренности двигателя. В ней же обычно расположена маслозаливная горловина, через которую осуществляется заправка двигателя смазочной жидкостью. Чтобы крышка крепилась к самой головке герметично, используется резиновая прокладка, которая в состоянии выдержать большое количество циклов монтажа/демонтажа;
• ещё одна прокладка устанавливается между БЦ и головкой, и её задача идентична – обеспечение идеальной герметичности. Но изготавливается она из мягких материалов типа паронита, поэтому сильно деформируется и является одноразовой. И если предполагается демонтаж головки, замена прокладки осуществляется в любом случае;
• ГБЦ является базовым элементом для размещения деталей газораспределительного механизма;
• здесь же располагаются компоненты топливной системы;
• головка БЦ отвечает и за формирование оптимальных газодинамических параметров выхлопа, за отвод продуктов сгорания ТВС;
• ГБЦ обеспечивает герметичность камеры сгорания;
• в ней же расположены элементы магистрали системы смазки ГРМ.

Из всего вышесказанного следует, что ГБЦ в машине – это геометрически достаточно сложный элемент, предусматривающий наличие множества полостей и отверстий. Изготавливается он методом литья, после которого вся деталь подвергается процессу, называемому искусственным старением. Эта процедура позволяет купировать проявления остаточного напряжения, сформировавшегося в результате литья. Если СА однорядный (все цилиндры расположены по одной линии строго в ряд), в нём присутствует одна головка. V-образные моторы характеризуются наличием двух головок, по одной на каждый ряд. Обычно нижняя часть головки БЦ имеет чуть большую ширину для обеспечения более герметичного соединения с блоком цилиндров. Конструкция головки с расположением клапанов в нижней части более проста, чем при верхнем расположении. Словом, конструктивных особенностей у этой детали хоть отбавляй, и каждая модель характеризуется своим набором достоинств и недостатков.

Где находится ГБЦ

Если приподнять капот современного автомобиля, вашему взору откроется только верхняя часть головки, её крышка. Частично можно увидеть и её нижнюю часть, но в большинстве случаев хорошему обзору мешает масса навесного оборудования. Располагается головка непосредственно над блоком цилиндров, который может занимать как продольное (в большинстве случаев), так и поперечное положение в моторном отсеке. На авто ГБЦ крепится посредством болтов и шпилек, соединяющих головку с блоком. Между ними образуется множество полостей – камеры сгорания и магистрали для циркуляции технических жидкостей. Также в головке БЦ устанавливаются клапана с пружинным механизмом, а снаружи – свечи и форсунки. Конкретный состав дополнительного оборудования и геометрия головки зависят от особенностей двигателя (используемой системы воспламенения ТВС, количества тактов, устройства системы газораспределения). Ближе к радиатору располагается большая по размерам полость для привода распредвала и механизма натяжения цепи.

Классификация ГБЦ

Поскольку головка БЦ является неотъемлемой частью СА, к ней предъявляются повышенные требования к прочности и способности выдерживать экстремальные температурные нагрузки. Основной критерий классификации БЦ – материал изготовления:

• на протяжении многих десятилетий основным материалов для изготовления блока цилиндров был чугун с различными добавками (хромом, никелем). Чугун хорошо переносит нагрев, он достаточно жёсткий, что является обязательным требованием для высокофорсированных моторов. Единственный недостаток чугуна – большой вес, который отрицательно сказывается на разгонных характеристиках легкового авто;
• алюминий – второй по частоте использования материал для изготовления БЦ. Он лёгок, прочен, обеспечивает более лёгкое и быстрое охлаждение деталей силового агрегата. Но для алюминия достаточно сложно подобрать материал изготовления цилиндров, который должен обладать сравнимыми характеристиками, но отличаться более высокой стойкостью к высоким температурам. Для этих целей используют алюминий-кремниевые составы и алюминиевые цилиндры с никелевым напылением. В последнем случае повреждение шатуна или поршня приводит к уничтожению никелевого слоя, что делает цилиндр неремонтопригодным;
• БЦ, изготовленный из магниевого сплава, обладает достоинствами обеих традиционных материалов — лёгкостью и прочностью, однако он настолько дорог, что его массовое производство нерентабельно.

Что касается головки БЦ, то к ней предъявляются меньшие требования, поэтому алюминий здесь имеет неоспоримое преимущество перед чугуном. Именно этот материал используется для изготовления ГБЦ на большинстве современных моторах, позволяя ощутимо снизить вес силового агрегата. Другим важным классификатором ГБЦ является форма и расположение камеры сгорания:

• если КС расположена целиком в головке, то в таких двигателях применяются плоские поршни. Их особенностью является формирование объема камеры сгорания в головке при прохождении поршня в верхнюю мертвую точку;
• второй разновидностью считаются камеры сгорания, размещённые как в ГБЦ, так и поршне. Конструктивно поршни этой разновидности оснащаются выемкой в нижней части;
• существуют также камеры сгорания, целиком находящиеся в полости поршня.

Если говорить о форме КС, то она влияет на такие параметры, как эффективность образования ТВС, процесс её сгорания и эффективность отвода продуктов сгорания. Чаще всего камера имеет сложную форму, но встречаются и варианты с круглой, полусферической, клиноподобной, шатёрной геометрией. Конструктивно ГБЦ подразделяются на следующие категории:

• Одна головка для рядного мотора или каждого ряда V-образного СА;
• групповые головки, которые прикрывают цилиндры в отдельном ряду частично (как правило – ровно половину);
• раздельные ГБЦ (для каждого цилиндра – своя головка).

На большинстве легковых авто с двигателями малого/среднего объема устанавливаются общие ГБЦ. На форсированных многоцилиндровых моторах большой мощности обычно применяются индивидуальные головки, что снижает массу двигателя и упрощает обслуживание/ремонт поршней и других деталей цилиндра. Наконец, головки классифицируют по наличию и комплектации ГРМ:

• устаревшие конструкции головок нижнеклапанных силовых агрегатов могут вообще не содержать деталей ГРМ, такой же тип головок предусмотрен в современных двухтактных двигателях;
• головки, содержащие часть деталей ГРМ (обычно – приводы клапанов и сами клапаны);
• ГБЦ, конструкция которых предусматривает наличие механизма газораспределения в сборе – это большинство современных силовых агрегатов.

Независимо от особенностей конструкции, главным в ГБЦ двигателя является схожесть принципов функционирования.

Конструкция головки, основные детали ГБЦ

Поскольку площадь основания головки, как и самого блока цилиндров, достаточно велика, при их креплении необходимо минимизировать возможность деформации, для чего используется определённая схема затяжки с конкретным моментом усилия. А поскольку конструкция головки может сильно различаться, не существует универсальной последовательности затяжки, она определяется индивидуально для каждой модели силового агрегата. В настоящее время чугунные ГБЦ постепенно уступают пальму первенства головкам из чугуна, но полный переход на этот более лёгкий материал пока невозможен, поскольку чугун менее подвержен термоусадке и другим видам деформации, характерным для экстремальных температурных режимов. Для рядных моторов характерен один корпус ГБЦ, покрывающий все цилиндры, в V-образных СА имеются две рядные головки. Обязательным атрибутом головки БЦ является армированная прокладка, изготовляемая из материала, аналогичного асбесту, способная противостоять высокому давлению газов и высокотемпературному воздействию, предотвращая утечки смазочной жидкости и тосола и гарантируя герметичность камеры сгорания. Рассмотрим, из чего состоит ГБЦ. Типовой состав среднестатистической головки:

• картер головки – корпус сложной геометрической формы, в котором располагаются все основные детали ЦПГ, каналы систем смазки/охлаждения, а также собственно камера сгорания;
• полости для установки форсунок (инжекторные СА) или СЗ в случае карбюраторных моторов;
• прокладка, устанавливаемая между ГБЦ и ГБ;
• полость камеры сгорания, где воспламеняется ТВС;
• газораспределительный механизм вместе с его приводом;
• крепления для установки коллекторов;
• посадочные места;
• направляющие втулки клапанов.

Седла клапанов также впрессовываются в картер ГБЦ «горячим» способом, обеспечивая требуемую герметичность ГРМ. Их замена возможна, но требует использования специального оборудования, что в гаражных условиях практически неосуществимо.

Правила эксплуатации ГБЦ

В целом головка БЦ – достаточно надёжный агрегат, ресурс которого может достигать полмиллиона километров. Однако головки блоков не вечны, они могут выходить из строя как из-за естественного износа, так и в результате неправильной эксплуатации транспортного средства и его силового агрегата. Продление срока службы ГБЦ связано с выполнением достаточно простых и хорошо известных рекомендаций:

• вовремя и в полном объёме приводить регламентные ТО автомобиля;
• не допускать сверхнагрузок на силовой агрегат и его отдельные компоненты;
• следить за уровнем технических жидкостей (системы смазки/охлаждения), поскольку перегрев – наиболее частая причина поломок головки.

Важно знать, что головка блока цилиндров, подвергшаяся перегреву, требует тщательной диагностики её состояния, поскольку, чем раньше вы отыщете дефекты, тем дешевле обойдутся реанимационные мероприятия. Однако многие обнаруженные проблемы могут потребовать полного демонтажа ГБЦ, в частности:

• нарушения геометрии цилиндров, требующие расточки;
• проблемы с клапанами;
• деформация поверхностей сопряжения;
• пробой прокладки;
• появление микротрещин на поверхности картера.

Техобслуживание и диагностика

Задача водителя – систематически проверять уровень масла, а также наличие подтёков в месте сопряжения головки с блоком цилиндров. Кстати говоря, протекать может не только масло, но и ОЖ, и такие подтёки выявить сложнее, поскольку на горячем двигателе они быстро высыхают. Не замеченное вовремя снижение уровня технических жидкостей может стать причиной перегрева силового агрегата, который спровоцирует быстрое ухудшение всех основных параметров мотора. В некоторых случаях неисправности ГБЦ могут быть устранены без её демонтажа (регулировка клапанов, замена отслуживших свой ресурс маслосъёмных колпачков). А вот удаление нагара и других образований, притирка клапанов или замена втулок потребует более серьёзных трудозатрат. Чтобы не допустить преждевременного выхода из строя деталей головки и самого картера, важно уметь выявлять проблемы заблаговременно. Косвенными признаками их возможного появления считаются следующие симптомы:

• появление мокрых и жирных пятен в районе прокладки головки;
• если при проверке уровня смазочной жидкости на щупе замечена белая пена;
• если выхлопные газы становятся непрозрачными, приобретая белесый или серый оттенок;
• если в расширительном бачке в ОЖ замечены масляные пятна.

Любой из вышеописанных признаков может свидетельствовать о потере герметичности ГБЦ, что требует немедленного устранения дефекта и тщательной диагностики состояния всех важных узлов головки. Большое значение имеет правильность установки прокладки и соблюдение рекомендованной последовательности при затяжке болтов/шпилек. Появление нестандартных стуков в районе силового агрегата также должны насторожить – возможно, они появились в результате пробоя прокладки. Слежение за уровнем компрессии также входит в число мероприятий, направленных на диагностирование состояния мотора в целом и его отдельных агрегатов.

Все работы, связанные с техобслуживанием, диагностикой и ремонтом головки блока и её компонентов, должны проводиться не по старой памяти, а неукоснительно придерживаясь требований автопроизводителя, изложенных в мануале, поскольку любая ошибка при монтаже может обернуться большими проблемами и необходимостью проведения дорогостоящего ремонта.