Głowica cylindra silnika spalinowego

Termin „głowica cylindra” nie pojawił się przypadkowo. Podobnie jak w ludzkiej głowie, najbardziej złożone i najważniejsze działania silnika spalinowego mają miejsce w głowicy cylindrów. Głowica cylindra jest więc częścią silnika spalinowego, umieszczoną w jego górnej (górnej) części. Przeplata się z przewodami powietrznymi układu dolotowego i wydechowego, zawiera części mechanizmu zaworowego, wtryskiwacze oraz świece zapłonowe lub żarowe. Głowica cylindrów zakrywa górną część bloku cylindrów. Głowica może być jedna dla całego silnika, osobno dla każdego cylindra lub osobno dla osobnego rzędu cylindrów (silnik w kształcie litery V). Mocowany do bloku cylindrów za pomocą śrub lub śrub.

Funkcje głowicy cylindrów

• Tworzy przestrzeń spalania - tworzy przestrzeń sprężania lub jej część.
• Zapewnia wymianę ładunku w cylindrze (silnik 4-suwowy).
• Zapewnia chłodzenie komory spalania, świec zapłonowych i zaworów.
• Zamyka komorę spalania gazoszczelnie i wodoszczelnie.
• Zapewnia umieszczenie świecy zapłonowej lub wtryskiwacza.
• Przechwytuje i kieruje ciśnienie spalania - wysokie napięcie.

Podział głowic cylindrów

• Głowice cylindrów do silników dwusuwowych i czterosuwowych.
• Głowice cylindrów do silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym.
• Głowice chłodzone powietrzem lub wodą.
• Oddzielne głowice na jeden cylinder, głowica na silnik rzędowy lub w kształcie litery V.
• Głowica cylindra i rozrząd zaworowy.

Uszczelka głowicy cylindra

Pomiędzy głowicą cylindrów a blokiem cylindrów znajduje się uszczelka, która hermetycznie uszczelnia komorę spalania i zapobiega wyciekaniu (mieszaniu) oleju i płynu chłodzącego. Uszczelki dzielimy na tzw. metalowe i kombinowane.

Uszczelki metalowe tj. miedziane lub aluminiowe stosowane są w małych, szybkoobrotowych silnikach chłodzonych powietrzem (skutery, motocykle dwusuwowe do 250 cmXNUMX). Silniki chłodzone wodą wykorzystują uszczelnienie, które składa się z bogatych w grafit włókien organicznych połączonych na podstawie z tworzywa sztucznego wspartej na metalowym wsporniku.

Cylinder

Ważną częścią głowicy cylindrów jest również osłona, która zakrywa mechanizm rozrządu i zapobiega przedostawaniu się oleju do otoczenia silnika.

Główne cechy głowicy cylindrów silnika dwusuwowego

Głowica cylindra do silników dwusuwowych jest zwykle prosta, chłodzona powietrzem (użebrowana na powierzchni) lub cieczą. Komora spalania może być symetryczna, dwuwypukła lub okrągła, często ze szczeliną przeciwstukową. Gwint świecy zapłonowej znajduje się na osi cylindra. Może być wykonany z żeliwa szarego (stare konstrukcje silników) lub stopu aluminium (obecnie stosowane). Połączenie głowicy silnika dwusuwowego z blokiem cylindrów może być gwintowane, kołnierzowe, sprzęgane śrubami dokręcającymi, a nawet jednoczęściową głowicą.

Główne cechy głowicy cylindrów silnika czterosuwowego

Konstrukcja głowicy dla silników czterosuwowych musi również zapewniać zmianę przemieszczenia cylindrów silnika. Zawiera kanały wlotowe i wylotowe, części mechanizmu dystrybucji gazu sterujące zaworami, same zawory wraz z ich gniazdami i prowadnicami, gwinty do mocowania świecy zapłonowej i dysz, kanały przepływu mediów smarujących i chłodzących. Jest to również część komory spalania. Dlatego jest nieproporcjonalnie bardziej złożony pod względem konstrukcji i kształtu w porównaniu z głowicą cylindrów silnika dwusuwowego. Głowica silnika czterosuwowego jest wykonana z drobnoziarnistego żeliwa szarego, żeliwa stopowego lub stali kutej - tzw. staliwa lub stopów aluminium do silników chłodzonych cieczą. Silniki chłodzone powietrzem wykorzystują stopy aluminium lub żeliwo. Żeliwo prawie nigdy nie jest używane jako materiał głowicy i zostało zastąpione stopem aluminium. Decydującym aspektem produkcji metali lekkich jest nie tyle niska waga, co doskonała przewodność cieplna. Ponieważ proces spalania odbywa się w głowicy cylindrów, powodując intensywne ciepło w tej części silnika, ciepło musi być jak najszybciej przekazane do płynu chłodzącego. A następnie stop aluminium jest bardzo odpowiednim materiałem.

Komora spalania

Komora spalania jest również bardzo ważną częścią głowicy cylindrów. Musi mieć prawidłowy kształt. Główne wymagania dla komory spalania to:

• Kompaktowość ograniczająca straty ciepła.
• Zezwól na użycie maksymalnej liczby zaworów lub odpowiedniej wielkości zaworu.
• Optymalne otwarcie napełniania butli.
• Umieść świecę w najbogatszym miejscu na końcu wyciskania.
• Zapobieganie zapłonowi detonacyjnemu.
• Tłumienie hotspotów.

Wymagania te są bardzo ważne, ponieważ komora spalania wpływa na powstawanie węglowodorów, determinuje przebieg spalania, wpływa na zużycie paliwa, hałas spalania i moment obrotowy. Komora spalania określa również maksymalny stopień sprężania i wpływa na straty ciepła.

Kształty komór spalania

a - łazienka, b - półkuliste, c – klin, d – Asymetryczna półkulista, e - Heronov-v pieste

Wlot i wylot

Zarówno króciec wlotowy, jak i wylotowy kończą się gniazdem zaworu albo bezpośrednio w głowicy cylindra, albo z osadzonym gniazdem. Gniazdo zaworu prostego formowane jest bezpośrednio w materiale główki lub może być tzw. siodełko w linii wykonane z wysokiej jakości materiałów stopowych. Powierzchnie styku są precyzyjnie szlifowane na wymiar. Kąt skosu gniazda zaworu wynosi najczęściej 45°, ponieważ ta wartość zapewnia dobrą szczelność przy zamkniętym zaworze i samooczyszczaniu gniazda. Zawory ssące są czasami przechylone pod kątem 30 °, aby zapewnić lepszy przepływ w okolicy gniazda.

Prowadnice zaworów

Zawory poruszają się w prowadnicach zaworów. Prowadnice zaworów mogą być wykonane z żeliwa, stopu aluminiowo-brązowego lub wykonane bezpośrednio w materiale głowicy cylindra.

Zawory w głowicy cylindrów silnika

Poruszają się w prowadnicach, a same zawory spoczywają na siedzeniach. Zawór jako część zaworu sterującego do silników spalinowych tłokowych poddawany jest podczas eksploatacji naprężeniom mechanicznym i termicznym. Od strony mechanicznej obciąża ją przede wszystkim ciśnienie spalin w komorze spalania, a także siła sterująca skierowana z krzywki (lewarka), siła bezwładności podczas ruchu posuwisto-zwrotnego, tarcie mechaniczne. ja. Równie ważne są naprężenia termiczne, ponieważ na zawór wpływa głównie temperatura w komorze spalania oraz temperatura wokół przepływających gorących spalin (zawory wydechowe). To właśnie zawory wydechowe, szczególnie w silnikach z doładowaniem, narażone są na ekstremalne obciążenia termiczne, a lokalna temperatura może sięgać 900°C. Ciepło może być przekazywane do gniazda przy zamkniętym zaworze oraz do trzpienia zaworu. Przenikanie ciepła z głowicy do trzpienia można zwiększyć wypełniając wnękę wewnątrz zaworu odpowiednim materiałem. Najczęściej stosuje się skroplony gaz sodowy, który wypełnia wnękę trzpienia tylko do połowy, dzięki czemu podczas ruchu zaworu część wewnętrzna jest intensywnie wypłukiwana cieczą. Wnęka trzpienia w mniejszych (pasażerskich) silnikach jest wykonywana przez wywiercenie otworu; w przypadku większych silników część główki zaworu również może być pusta. Trzon zaworu jest zwykle chromowany. Zatem obciążenie cieplne nie jest takie samo dla różnych zaworów, zależy również od samego procesu spalania i powoduje naprężenia termiczne w zaworze.

Głowice zaworów wlotowych mają zwykle większą średnicę niż zawory wydechowe. Przy nieparzystej liczbie zaworów (3, 5) na cylinder przypada więcej zaworów dolotowych niż zaworów wydechowych. Wynika to z konieczności osiągnięcia jak największej - optymalnej mocy właściwej, a co za tym idzie jak najlepszego wypełnienia butli palną mieszanką paliwowo-powietrzną.

Do produkcji zaworów ssących stosuje się głównie stale o strukturze perlitu, stopowe z krzemem, niklem, wolframem itp. Czasami stosuje się stop tytanu. Zawory wydechowe narażone na naprężenia termiczne wykonane są ze stali wysokostopowych (chromowo-niklowych) o strukturze austenitycznej. Do gniazda siedziska przyspawana jest hartowana stal narzędziowa lub inny specjalny materiał. stellit (ciągliwy stop kobaltu z chromem, węglem, wolframem lub innymi pierwiastkami).

Dwuzaworowa głowica cylindra

Trójzaworowa głowica cylindra

Czterozaworowa głowica cylindra

Pięciozaworowa głowica cylindra