Главата на цилиндровия блок: ръководство за компоненти и поддръжка

Главата на цилиндровия блок е една от най-ключовите компоненти на двигател с вътрешно горене и всъщност представлява горната част на цилиндровия блок. Това сложно и многопластово звено играе фундаментална роля в процеса на горене и в правилното функциониране на цялото задвижване. Заедно с блока на цилиндрите и буталото, главата образува камерата за горене и управлява едновременно четири отделни вериги: всмукателни газове, изпускателни газове, охладителна течност и моторно масло.

За автомобилните фенове е важно да се разбере, че правилният термин е „главата на цилиндровия блок“ (множество: „глави на цилиндровия блок“), а не „chiuloasa“, който често се чува неправилно. Думата произхожда от френското culasse и е адаптирана в румънския език в различни форми, но правилният вариант остава главата.

Структура и видове на главата на цилиндровия блок

Видове глави според конфигурацията

• Глави цели: изработени от една част, обхващащи всички цилиндри – най-често срещаният вариант в серийните автомобили
• Индивидуални глави: по една глава за всеки цилиндър – използвани в състезателни двигатели за по-лесен достъп до всеки цилиндър
• Двойни глави: при V-образни двигатели, където обикновено има две глави, по една за всеки банк цилиндри

Компонентите, интегрирани в главата

Главата е мултифункционална част с изкривена форма, съдържаща:

• Част от системата за разпределение (клапани, пружини, разпределителни валове, рокери, тачета)
• Инжектори за гориво за двигатели с директно впръскване
• Нагревателни свещи за дизеловите двигатели
• Сложен охладителен кръг с вътрешни канали
• Канали за циркулация на моторното масло
• Камера за горене с оптимална форма за ефективно горене

Технически изисквания и конструкционни материали

Поради множеството функции, главата е подложена на екстремни натоварвания както механично, така и термично. Напреженията и високите газове оказват неравномерен ефект, което прави проектирането предизвикателно.

Изисквания за производителност

Една съвременна глава трябва да отговаря на следните технически изисквания:

• Много висока механична якост за устойчивост на горивни натоварвания от 15-20 бара за атмосферни двигатели и до 40-50 бара за турбоматори
• Висока термична устойчивост до около 2000°C в камерата за горене
• Перфектна херметичност за охладителната течност, газовете и маслото
• Единно разпределение на температурата за оптимално охлаждане и избягване на термични зони
• Намалено тегло за по-ефективност и по-малка инерция
• Оптимизирана форма на камерата за горене с цел постигане на високи постижения и по-ниски емисии

Материали и съвременни технологии

Глави от алуминиев сплав: използват се в повечето модерни автомобили, предлагат:

• Отлична термична проводимост (~200 W/mK)
• Намалено тегло с 40-50% в сравнение с чугун
• Лесна обработка за сложни форми
• Производство чрез леене под ниско налягане за висока прецизност
• Съвместимост по коефициент на температурно разширение с алуминиевия блок

Глави от чугун: все още използвани в тежкотоварни и индустриални двигатели, предлагат:

• Висока твърдост и износоустойчивост
• Висока механична якост при екстремни натоварвания
• По-ниски производствени разходи
• Отлична размерностова стабилност при високи температури

При алуминиевите глави клапаните не се опират директно върху основния материал, а върху специални седалки от чугун или неръждаема стомана, които издържат по-добре на механичните и термичните натоварвания.

Правилен монтаж и затягане

Монтажът на главата е изключително прецизна операция, която изисква стриктно спазване на процедурата, за да се избегнат деформации и осигури перфектна уплътненост.

Последователност на затягането на болтовете

Болтовете на главата се затягат винаги в диагонален ред – ако затегнете болт от един ъгъл, следващият трябва да бъде срещуположният ъгъл. Това е стандартната поръчка за повечето двигатели:

1. Първо затягане: 40 Nm за първоначално адаптиране
2. Фиксиращо затягане: 60 Nm за равномерно опоставяне
3. Разхлабване: половин ход на всички болтове за облекчаване на напреженията
4. Второ затягане: 50 Nm за предварително натоварване
5. Финално затягане: по четвърт ход два пъти за финално натоварване

Важно: Болтовете на главата са одобрени за еднократна употреба (TTy – Torque To Yield) и не трябва да се използват повторно след пълно затягане, тъй като са разтегнати над границата на еластичност.

Проверки преди монтажа

• Перфектно почистване на повърхността за контакт
• Проверка на равнинността с металометрични инструменти
• Проверка на състоянието на новите болтове
• Проверка дали уплътнителят на гърлото не се излиза извън границите
• Леко намазване на резбите на болтовете

Интегрирана охладителна система

Вътре в главата протичат сложни канали за циркулация на охлаждащата течност. Охлаждането е критично, защото температурите в камерата за горене достигат 1800-2000°C, а в зоната на изпускателните клапани – 700-800°C.

Дизайн на охлаждащите канали

Каналите за охлаждане в главата са проектирани за:

• Приоритетно охлаждане на зоните с изпускателни клапани
• Еднородно разпределение на температурата за избягване на термични напрежения
• Оптимален дебит за ефективен термичен трансфер
• Отстраняване на въздушни джобове чрез наклонен дизайн
• Защита срещу замръзване при ниски температури

Конфигурация на клапаните и термично управление

Проектирането на разположението на клапаните в главата отчита:

• Броя на цилиндрите и реда на запалване за термично разпределение
• Избягване на позиционирането на изпускателните клапани близо до разделителните стени
• Различна големина на всмукателните клапани за оптимално запълване
• ъгълът на клапаните за оптимален поток и контролиран турболентен ефект При двигатели с естествено всмукване, всмукателните клапани имат диаметър с 15-20% по-голям, тъй като всмукването на въздуха е по-трудно отколкото изпускането на газовете, които са под налягане.

Уплътняване и уплътнение на главата

Главата управлява четири отделни вериги, които не трябва да се смесват между тях:

• Всмукателни газове (негативно налягане)
• Изпускателни газове (положително налягане, висока температура)
• Охладителна течност (налягане 1-2 бара, температура 90-110°C)
• Моторно масло (напрежение 2-6 бара, температура 80-120°C)

Перфектната херметичност между тези вериги се осигурява от уплътнител на главата, който трябва да издържа на екстремни налягания и температури за десетки хиляди километри.

Видове модерни уплътнения

• Мултислойни метални уплътнения: с 3-5 слоя неръждаема стомана
• Композитни уплътнения: метални вложки и еластичен материал
• Уплътнения с керамично покритие: за двигатели с висока производителност

Симптоми при проблеми с уплътнението

• Бял дим от изпускателната система: охлаждаща течност навлиза в цилиндрите – най-видим при стартиране на студено
• Син дим: масло в камерата за горене – видимо при ускорение
• Загуба на мощност: загуба на компресия между цилиндрите
• Прегряване: проблеми с циркулацията на охлаждащата течност
• Емулсия в маслото: смес от масло и охлаждаща течност по капака на клапаните
• Балони в разширителния съд: газове от горене в охладителната система

Ремонти и процедури за възстановяване

Специализирани сервизни операции

Проверка и ремонт на контактната повърхност:

• Планиране: отстраняване на деформиран материал (макс. 0,1-0,2 mm)
• Измерване на равнината: допуск 0,05 mm по цялата повърхност
• Проверка за напукване: чрез методи за проникващи течности или тест с налягане

Рекондициониране на клапанната система:

• Ректификация на седалките: за нови клапани с правилен ъгъл (45° или 30°)
• Полиране на клапаните: за перфектно уплътняване
• Смяна на водачите: при износ над допустимата граница (0,1-0,15 mm)
• Проверка на пружините: за правилна сила и дължина

Система за разпределение:

• Настройка на тачета: за моделите без хидравлична саморегулация
• Проверка на разпределителните валове: за износване и овалност
• Контрол на напреженията: за правилна работа

Домашен тест за уплътняване на клапаните

Можете да проверите уплътняването на клапаните у дома с прост тест:

1. Почистете добре главата от всякакви остатъци
2. Завъртете я обратно с клапаните нагоре
3. Налейте бензин в камерите за горене
4. Изчакайте 10-15 минути
5. Проверете дали тече през входовете за всмукване/изпускане

Ако бензинът тече, клапаните не уплътняват и се нуждаят от рекондициониране.

Поддръжка за дълготрайност и предпазни мерки

Препоръки за максимална издържливост

Охладителна система:

• Не използвайте само вода – малките канали могат да се запушат от варовикови и ръждени отлагания
• Сменяйте охладителната течност според препоръките (2-5 години)
• Проверявайте концентрацията на антифриз: 50-60% за оптимална защита
• Контролирайте налягането в системата с професионален тестер годишно

Постоянен мониторинг:

• Следете температурата на двигателя на бордовия индикатор постоянно
• Проверявайте периодично маркучите за напукване
• Контролирайте нивото на течността седмично
• Наблюдавайте цвета на дима от изпускателната система

Сигнали за аларма и ремонт

• Температура над 110°C
• Обилен бял дим от изпускателната система
• Големи загуби на охладителна течност
• Метални шумове от двигателя

Разходи за ремонт и резервни части

Рекондициониране на главата може да струва между 800-2500 лея в зависимост от:

• Комплексността на двигателя (брой клапани)
• Материалът на главата (алуминий или чугун)
• Степента на повреда
• Необходимост от подмяна на компоненти (клапани, водачи, пружини)

Заключение

Главата на цилиндровия блок е сърцето на системата за горене на двигателя и ключова компонента на неговата сложност и значимост. Поради екстремните натоварвания – десетки бара налягане и хиляди градуси температура – превантивната поддръжка и правилният монтаж са от съществено значение за оптималното функциониране и дълготрайността на двигателя.

Разбирането на начина на функциониране на главата помага да оцените по-добре сложността на модерните двигатели и да вземете информирани решения за поддръжката на превозното средство. При всеки сигнал за проблем – прегряване, цветен дим от изпускателната система или загуба на мощност – обръщането към сервиз с опит е най-сигурният начин за избягване на скъпи ремонти. Инвестицията в превантивна поддръжка на охладителната система и спазването на интервалите за обслужване могат значително да удължат живота на главата и на целия двигател.

Съществени източници за изображения: manciniracing.com, indiamart.com, carid.com, youtube.com, gumtree.co.za