Головка блока работает в условиях, которых нет больше нигде в машине: с одной стороны прижата к блоку усилием в десятки тонн, с другой — принимает вспышки с температурой около двух тысяч градусов, и всё это несколько десятков раз в секунду. Неудивительно, что именно она чаще всего оказывается на столе у моториста. Хорошая новость в том, что головка почти всегда ремонтируется, а не выбрасывается.
Что находится внутри и что в этом изнашивается
Головка закрывает цилиндры сверху и несёт на себе почти весь газораспределительный механизм: клапаны с пружинами, направляющие втулки, сёдла, распределительные валы, толкатели или коромысла. Внутри неё проходят каналы охлаждающей жидкости и масла, а между ней и блоком стоит прокладка, которая держит все три среды раздельно.
Изнашивается в этой конструкции почти всё, но с очень разной скоростью. Распредвалы и постели обычно переживают мотор, если в системе было давление масла. Клапаны, втулки и сёдла работают в горячей зоне и стираются постоянно. Материал самой головки — в подавляющем большинстве случаев алюминиевый сплав: он легче и лучше отводит тепло, но мягче чугуна и хуже переносит перегрев. Чугунные головки сегодня встречаются в основном на старых дизелях и грузовых агрегатах, о материалах и их последствиях подробнее — в разборе о блоке цилиндров и его ремонте.
Клапаны: почему прогорают и как это выглядит
Клапан отводит тепло двумя путями: через стержень в направляющую втулку и через тарелку в седло. Второй путь — основной, и работает он только в момент, когда клапан плотно прижат. Стоит появиться щели, и клапан перестаёт остывать: раскалённые газы проходят через зазор, местная температура растёт, металл теряет прочность и в тарелке появляется выемка. Это и есть прогар.
Причин, по которым клапан перестаёт закрываться плотно, немного, и ни одна из них не возникает мгновенно:
- Ушедший тепловой зазор. На моторах с механической регулировкой зазор со временем уменьшается, и клапан просто не доходит до седла. Отсюда требование проверять зазоры по регламенту, а не по симптомам;
- Нагар на фаске. Твёрдые отложения не дают тарелке сесть, а дальше процесс развивается сам;
- Обеднённая смесь и поздний угол зажигания. Температура в камере растёт, выпускной клапан работает на пределе;
- Работа на газу без адаптации. Газовая смесь горит иначе и даёт более высокую температуру выпускных клапанов, поэтому на многих моторах требуется другой зазор или иные клапаны;
- Детонация. Ударные волны срывают тепловой пограничный слой с поверхности деталей — процесс подробно описан в статье о детонации и октановом числе.
Прогоревший клапан чувствуется по устойчивому пропуску в одном цилиндре, который не меняется ни от нагрузки, ни от температуры, ни от замены свечей и катушек. Как отличить его от неисправности зажигания, разобрано в материале о пропусках воспламенения, а окончательный ответ даёт замер компрессии: у цилиндра с прогаром она падает резко и не поднимается от заливки масла в свечное отверстие — в отличие от изношенных колец. Методика описана в статье о компрессии в цилиндрах.
Читайте такжеПрокладка головки блока: как понять, что она пробита, и что делать дальше
Направляющие втулки и маслосъёмные колпачки
Стержень клапана ходит в направляющей втулке — тонкой гильзе из бронзы или чугуна, запрессованной в головку. Зазор в этой паре измеряется сотыми долями миллиметра, и от него зависит и отвод тепла, и точность посадки тарелки в седло.
Изношенная втулка даёт два следствия. Первое — клапан начинает «болтаться» и садится в седло с перекосом, разбивая рабочую фаску. Второе — масло, которое должно оставаться сверху, уходит по стержню в камеру сгорания. Отсюда синеватый дым при запуске после стоянки и при сбросе газа с высоких оборотов на торможении двигателем.
Часто вместо втулок подозревают маслосъёмные колпачки — маленькие манжеты, надетые на стержень. Они действительно дубеют и теряют упругость раньше, поскольку живут при высокой температуре. Но замена колпачков на разбитых втулках проблему не решает: новая манжета на люфтящем стержне изнашивается за несколько тысяч километров. Разобраться, в каком случае расход масла нормален, помогает материал о масле на угар.
- Дым только при первом запуске утром — чаще колпачки: масло стекает за ночь;
- Дым при сбросе газа с оборотов — разрежение вытягивает масло, признак изношенной пары стержень-втулка;
- Дым постоянный, под нагрузкой сильнее — вопрос уже к поршневым кольцам, а не к головке;
- Масло уходит без дыма — стоит искать течи и проверить систему вентиляции картера, о ней есть отдельный разбор про сапун и маслоотделитель.
Сёдла: притирка, замена, ремонт
Седло — это кольцо из жаропрочного сплава, запрессованное в головку, по которому тарелка клапана бьёт при каждом закрытии. За сто тысяч километров каждый клапан закрывается порядка ста миллионов раз, и рабочая фаска неизбежно наклёпывается и утопает.
Объём работ зависит от состояния:
| Состояние седла | Что делают | Что это даёт |
|---|---|---|
| Лёгкий наклёп, фаска ровная | Притирка клапана пастой | Восстановление герметичности, час работы |
| Раковины, следы прогара | Фрезеровка седла под нужный угол | Новая рабочая фаска, клапан садится глубже |
| Седло утоплено, запас выбран | Выпрессовка и установка ремонтного | Полное восстановление геометрии |
| Седло провернулось или вылетело | Расточка гнезда, новое седло с натягом | Ремонт возможен, если гнездо не разбито |
| Трещина от седла к седлу | Оценка ремонтопригодности | Чаще замена головки |
У фрезеровки есть предел: с каждой обработкой клапан уходит глубже в головку, и в какой-то момент перестаёт хватать хода толкателя или гидрокомпенсатора для выборки зазора. На моторах с гидравлической компенсацией это выражается в стуке, который не уходит после замены самих компенсаторов — почему так происходит, объясняет статья о гидрокомпенсаторах.
Читайте такжеБлок цилиндров: чугун, алюминий, гильзы и что из этого поддаётся ремонту
Плоскость, трещины и когда головку не спасти
Сильнее всего алюминиевой головке вредит перегрев. Металл при нагреве расширяется, зажатая болтами деталь не имеет куда деваться, и после остывания остаётся деформированной. Плоскость перестаёт быть плоскостью, прокладка теряет герметичность, антифриз попадает в цилиндр или в масло.
Отклонение плоскости проверяют поверочной линейкой со щупом; допуск обычно лежит в пределах пяти сотых миллиметра на длину головки. Если отклонение больше, головку шлифуют на плоскошлифовальном станке. Тут тоже есть предел: снятие металла уменьшает объём камеры сгорания и поднимает степень сжатия, а на моторах с ремённым или цепным приводом ещё и меняет положение распредвалов относительно коленчатого — почему это критично, объясняет материал о степени сжатия.
Трещины — отдельный разговор. Чаще всего они идут между сёдлами выпускных клапанов или от седла к свечному отверстию: это самые горячие зоны. Некоторые трещины заваривают аргоном с предварительным прогревом головки, некоторые заделывают вставками, но экономический смысл такого ремонта есть не всегда. Полностью «уставшую» головку с несколькими трещинами и выбранным запасом на шлифовку чаще меняют. Логика выбора между ремонтом и заменой узла та же, что и при более крупных работах, — она разобрана в материале о капитальном ремонте двигателя.
Таблица: признаки и объём работ
| Что наблюдается | Вероятная причина | Ориентировочный объём |
|---|---|---|
| Устойчивый пропуск в одном цилиндре, низкая компрессия | Прогоревший клапан | Снятие головки, замена клапана, фрезеровка седла |
| Синий дым при запуске после стоянки | Маслосъёмные колпачки | Замена колпачков, иногда без снятия головки |
| Синий дым при сбросе газа, расход масла | Износ направляющих втулок | Снятие головки, замена втулок и колпачков |
| Стук клапанов, не уходит после замены компенсаторов | Клапан утоплен после нескольких фрезеровок | Ремонтные сёдла или новые клапаны |
| Антифриз уходит, в бачке пузыри | Прокладка или повело плоскость | Шлифовка, замена прокладки |
| Белый густой дым, эмульсия на щупе | Трещина или пробитая прокладка | Дефектовка головки, опрессовка |
| Стук в верхней части мотора на холодную | Зазоры клапанов вне допуска | Регулировка, работа на снятой крышке |
После ремонта: сборка, затяжка, обкатка
Собранная головка требует аккуратности не меньшей, чем сам ремонт. Болты головки на большинстве современных моторов относятся к одноразовым: они затягиваются «на растяжение» с доворотом на заданный угол и после этого удлиняются необратимо. Повторное использование такого болта означает непредсказуемое усилие прижима — и новую течь прокладки через несколько тысяч километров.
- Порядок затяжки идёт от центра к краям по схеме производителя, обычно в три-четыре этапа с доворотом;
- Привод ГРМ при сборке выставляется по меткам; ремень или цепь с выработкой меняют заодно, раз доступ уже открыт — сравнение ресурса приводов есть в статье о цепи и ремне ГРМ;
- Прокладка ставится насухо, без герметиков, если производитель не предписал иное;
- Система охлаждения прокачивается от воздушных пробок — иначе первый же прогрев даст локальный перегрев отремонтированной головки;
- Первые сотни километров стоит проехать в спокойном режиме: притирающимся фаскам нужно время, а свежая прокладка садится под нагрузкой. Логика этого периода та же, что при обкатке нового мотора, — она описана в материале об обкатке.
Через несколько сотен километров имеет смысл проверить уровень охлаждающей жидкости и состояние масла: эмульсия или уходящий антифриз означают, что герметичность не достигнута, и лучше узнать об этом сразу.
Самая частая ошибка при ремонте головки — экономия на дефектовке. Человек привозит голову с прогоревшим клапаном и просит «поменять один». Меняем — а через месяц то же самое на соседнем цилиндре, потому что зазоры никто не мерил и вся выпускная сторона работала на пределе. Головку нужно смотреть целиком: плоскость, все сёдла, все втулки, опрессовка на трещины. Это занимает день, зато потом мотор ходит. И про болты: если производитель написал, что они одноразовые, они одноразовые. Я видел затянутые по третьему разу — прокладку выдавливало на первом же серьёзном прогреве.
Сталкивались ли вы с ремонтом головки блока?
Выводы
- Головка блока ремонтируется в большинстве случаев и почти всегда без снятия двигателя с машины.
- Клапан прогорает не сам по себе: за этим стоят ушедший зазор, нагар, обеднённая смесь или газ без адаптации мотора.
- Прогар отличается от износа колец по компрессии: заливка масла в цилиндр не поднимает её, если негерметичен клапан.
- Расход масла по стержням клапанов лечится заменой колпачков только при целых направляющих втулках.
- Сёдла восстанавливаются притиркой, фрезеровкой или заменой, но запас на обработку конечен и ограничен ходом компенсатора.
- Перегрев ведёт плоскость и даёт трещины в самых горячих зонах; шлифовка возможна в узких пределах.
- Болты головки на современных моторах одноразовые, а причину перегрева нужно устранить до сборки, иначе ремонт повторится.
