Якщо обирати частину двигуна, найбільш “впливову” в сенсі його віддачі, то це точно буде головка блоку циліндрів. Лідирує вона і за насиченістю складними і високоточними пристроями. Відповідно, головка особливо вимоглива при обслуговуванні та ремонті.

Недаремно у професійних мотористів є окрема послуга – ремонт головки блока циліндрів: настільки масштабні обсяг робіт і номенклатура запчастин для неї. При тому різноманітні не тільки типи робіт, а й деталі: тут і точна механіка, і гідравліка, і електроприлади з електронними датчиками.

Що таке головка блока циліндрів?
Колись це була просто товста металева кришка, яка обмежувала циліндр чи кілька сусідніх циліндрів зверху, з протилежного від поршня боку – чому, власне, вона і отримала свою назву. Єдине ускладнення конструкції, яке в ній могло бути тоді, – це отвір для свічки запалювання. Але в ході еволюції двигунів внутрішнього згоряння головка обростала вдосконаленнями. У ній з’явилися клапани, далі система їхнього приводу, відтак клапанів стало більше, тоді став складнішим привод, потім він ще раз став складнішим, після чого головці дали власну систему охолодження… Одне слово, краще говорити про все по порядку.

Власне головка
Це масивна металева відливка складної просторової форми, додатково оброблена на металообробних верстатах. Якщо двигун рядного компонування, головка буде одна на весь блок. Якщо мотор опозитний чи V-подібний, головок буде дві – по одній на кожен ряд. У рідкісних преміальних двигунів схеми W кожні два зближені ряди мають одну спільну “голову”.

Якщо взяти будь-яку сучасну головку блока в її “голому“, без встановлених деталей, вигляді, на ній можна побачити:

• круглі проточки напівсферичної форми за кількістю циліндрів – вони власне, і є “кришками” для камери згоряння кожного з циліндрів;
• канали системи впуску і випуску газів. Одним кінцем вони виходять назовні (туди, де будуть прикручуватися впускний і випускний колектори), з другого кінця завершуються у напівсфері камери згоряння круглими отворами, що закриваються клапанами;
• отвори клапанів. У кожному циліндрі їх два або чотири, рідше – три або п’ять. Кількість розділена пополам між впускними і випускними, якщо всього їх три чи п’ять, то впускних буде два чи три. Впускні зазвичай більші за діаметром, але в багатоклапанних системах є винятки. В отвори запресовуються сідла клапанів і поряд – втулки, про які йдеться нижче;
• отвори для свічок. У кожному циліндрі є різьбовий отвір для закручування свічки – запалювання в бензиновому двигуні і розжарювання в дизелі. До слова, у двигунів з чотирма чи п’ятьма клапанами на циліндр місця для свічки залишається обмаль, тому діаметр різьби роблять малим. Є кілька моделей двигунів з двома свічками запалювання;
• отвори для форсунки. У дизелях і в бензинових моторах з безпосереднім впорскуванням (типу TSI, DGI тощо) у головці навпроти кожного циліндра є різьбовий отвір для форсунки;
• отвори для болтів (шпильок) кріплення головки до блоку. Місце розташування, діаметр і глибина отворів мають велике значення, адже ці болти чи шпильки тримають у цілому силову структуру двигуна;
• постіль розподільчого вала. На зовнішніх поверхнях головки завжди є цілий набір різного роду приливів – для підшипників розподільчого вала (валів), шківів чи зірочок механізму приводу ГРМ та для кріплення інших вузлів. Місця з отворами і різьбою часто підсилюють додатковим “тілом”;
• канали систем охолодження і змащування. Головка – одна з найбільш навантажених у температурному плані частин двигуна, тому просто в ній ще при литті роблять канали для циркуляції антифризу. Також через окремі канали в головці організовують рух оливи по системі мащення.

Як не сумно, власне головка, будучи основою для кількох систем, іноді теж зазнає зношування чи поламок і потребує не тільки ремонту, а й заміни. Найбільш поширені причини для заміни головки – температурні та втомні тріщини, корозія в площині прилягання до блоку циліндрів, зношення місць розташування підшипників валів.

Клапани
Прості зовні, клапани газорозподільчого механізму насправді є доволі складною деталлю: вони виготовлені з особливо стійкого металу, в них по-особливому зміцнена поверхня і іноді вони мають усередині наповнювач з металевого натрію для кращого відводу тепла. Кругла тарілка клапана має по периметру робочу кромку – поверхню, яка є одним з головних його елементів. Саме вона і ущільнює камеру згоряння в момент закриття клапана. У закритому положенні клапан утримується клапанною пружиною, іноді їх буває по дві – одна в одній з навивкою в різні боки.

Втулки клапанів
Напрямна втулка тримає клапан і забезпечує його легкий і точний рух без відхилень від повздовжньої осі. Це одна з проблемних деталей головки, адже вона працює в непростих умовах тертя, високої температури і особливих умов змащування. Як правило, втулка виготовляється з так званої пористої бронзи, яка просочується оливою і забезпечує належне змащування клапана. Коли втулка зношується, потрібна непроста технологія заміни: стара видаляється, а нова деталь зазвичай охолоджується в рідкому азоті і встановлюється в отвір у тілі головки. Після того отвір втулки розгортається спеціальним інструментом під діаметр стрижня клапана.

Гідрокомпенсатори зазорів
У приводі кожного клапана є тепловий зазор, завдяки якому клапан залишається щільно закритим за будь-якої температури двигуна. Деякі марки сповідують підтримання цього зазору в приводі за рахунок періодичного регулювання – за допомогою регулювальних шайб чи різьбового пристрою. При тому в інших агрегатах використовуються так звані гідрокомпенсатори. Це нескладні пристрої, які тримають потрібну щільність у приводі за рахунок тиску оливи. “Гідрики” мають властивість з часом зношуватися або забруднюватися відкладеннями перегрітої оливи, тож їх або замінюють, або ретельно очищують.

Сідла клапанів
У місці, де робоча кромка клапана контактує з головкою, в неї запресоване спеціальне кільце – сідло. Обидві поверхні ретельно притерті одна до одної, що забезпечує герметичність навіть за високого тиску і температурах до 900 градусів. І саме в місці щільного контакту деталей виникають проблеми – підгоряння та склепування поверхонь, через що доводиться притирати клапани до сідла чи замінювати зазначені деталі, обидві чи якусь одну.

Розподільний вал
Його профільовані кулачки натискують на клапан чи на проміжний важіль (рокер, він же коромисло), отже, виходить, що розподільний вал визначає, коли якому клапану відкриватися та закриватися.

Вал у кожній головці може бути один (SOHC – Single OverHead Camshaft), а може – два, якщо вона двохвальна (DOHC – Double OverHead Camshaft), окремо для впускних і випускних клапанів. Вал обертається у підшипниках ковзання (постілях), які бувають як роз’ємними, так і нероз’ємними, у деяких двигунах у постілях вала використовуються тонкостінні вкладиші. До кожного підшипника розподільного вала по окремому каналу під тиском подається олива з системи змащування.

Привод ГРМ
Це одна з найвідоміших систем двигуна: ланцюг, зубчастий ремінь чи шестерні, які забезпечують привод розподільного вала від колінчастого вала (до слова, удвічі повільніше). Разом з ременем у системі приводу ГРМ працюють шківи і натягувальні ролики, разом з ланцюгом – зірочки, натягувач та заспокоювач ланцюга. Часто в цьому ж приводі “бере участь” і деяке інше допоміжне обладнання, зокрема, насос системи охолодження (помпа). Ланцюговий та шестеренний приводи ГРМ працюють в оливній ванні, ремінний – майже завжди “на суху”, і разом з ним на валах використовуються сальники. І ремінь, і ланцюг, і шестерні зношуються і потребують заміни із суворо визначеною періодичністю, і одночасно з тим замінюють шестерні і деякі шківи (ролики).

Механізм зміщення фаз (фазорегулятор)
Як можна зрозуміти з конструкції класичного приводу ГРМ, у нього моменти відкриття та закриття клапанів жорстко “запрограмовані” профілями кулачків розподільного вала та його приводом. Але для кращої віддачі двигуна в деяких діапазонах обертів цю залежність бажано трохи змінити – тобто, наприклад, впускні клапани відкрити раніше, а випускні закрити пізніше.

Для цього автовиробники розробили системи, які зміщують фази газорозподілення. Конструкції мають фірмові назви VVT-i (Toyota), VANOS (BMW), N-VCT (Nissan ), VTEC (Honda) тощо, принцип дії теж іноді відрізняється. Одна з поширений схем – муфта, вбудована в шків приводу ГРМ на розподільному валу. Залежно від тиску оливи (який змінюється електронікою разом з обертами) муфта провертає шків відносно розподільного вала на потрібний кут. Таким чином зміщується момент відкривання/закривання клапанів.

В іншій поширеній системі зміщення фаз у потрібний момент в дію вступає додатковий, “спортивний” кулачок розподільного вала – за його активацію відповідає гідравлічний привод, керований тиском оливи. Згадані системи мають також деякі вдосконалені версії, вони можуть застосовуватися як на одному з розподільчих валів, так і на обох.

Висота підйому клапанів
У головці блоку циліндрів двигунів кількох преміальних марок можна побачити цікаву систему, яка постійно змінює висоту підйому клапанів. Зокрема, разом із зростанням обертів двигуна забезпечується повніше відкриття впускного клапана. Це допомагає поліпшити характеристики мотора в широкому діапазоні обертів, а в деяких режимах навіть замінює дросельну заслінку. Це системи Valvetronic (BMW) та VVEL (Nissan-Infinity), вони мають доволі складну механіку і приводи. Зокрема, в Valvetronic є навіть електричний двигун герметичного виконання. Для вирішення проблем цих систем зазвичай купують готові ремкомплекти.

Важливо

Жодну несправність у головці блока циліндрів не можна ігнорувати, хоча з деякими двигун працює і якось приводить автомобіль у дію. Надто багато в головці систем, які впливають на ключові характеристики мотора, щоб недбало ставитися до підбору запчастин і кваліфікації майстрів, які їх встановлюватимуть. І зрештою, тільки при повністю відлагодженій ГБЦ машина буде приносити вам задоволення від керування – інакше всі витрати на доведення до ідеалу поршневої, трансмісії і підвіски будуть марними.

Ігор Широкун
Статтю взято із сайту webshop-ua.intercars.eu