Głowica cylindra - Cylinder head
W silniku spalinowym wewnętrznego spalania , głowicy (często nieformalnie skrócie tylko głowy ) znajduje się powyżej cylindrów w górnej części bloku cylindra . Zamyka się w górnej części cylindra, tworząc komorę spalania . To złącze jest uszczelnione uszczelką głowicy . W większości silników głowica zapewnia również miejsce na kanały doprowadzające powietrze i paliwo do cylindra, które umożliwiają ucieczkę spalin . Głowica może być również miejscem montażu zaworów , świec zapłonowych oraz wtryskiwaczy paliwa .
Silniki bocznozaworowe
W płaskiego lub sidevalve silnika, części mechaniczne armatury są zawarte w bloku, a „głowa okład” mogą być stosowane, która jest zasadniczo prosta metalowa płytka przykręcone do górnej powierzchni bloku.
Utrzymanie wszystkich ruchomych części w bloku ma tę zaletę w przypadku dużych fizycznie silników, ponieważ koło zębate napędzające wałek rozrządu jest małe, a zatem mniej cierpi na skutki rozszerzalności cieplnej w bloku cylindrów. W przypadku napędu łańcuchowego na górny wałek rozrządu, dodatkowa długość łańcucha potrzebna do konstrukcji górnej krzywki może powodować problemy związane ze zużyciem i luzem łańcucha bez częstej konserwacji.
Wczesne silniki z zaworem bocznym były używane w czasach, gdy skład paliwa był prosty, niska liczba oktanowa, a więc wymagały niskiego stopnia sprężania . To sprawiło, że ich konstrukcja komory spalania była mniej krytyczna i mniej było potrzeby ostrożnego projektowania portów i przepływu powietrza.
Jedną z trudności napotkanych w tym czasie było to, że niski stopień sprężania implikował również niski stopień rozszerzalności podczas suwu pracy. Spaliny były więc nadal gorące, gorętsze niż współczesny silnik, co prowadziło do częstych problemów z przepalonymi zaworami wydechowymi.
Głównym ulepszeniem silnika sidevalve było pojawienie się Ricardo „s burzliwej głowicy projektu. Zmniejszyło to przestrzeń w komorze spalania i otworach, ale dzięki starannemu zastanowieniu się nad ścieżkami przepływu powietrza w nich umożliwiło to bardziej wydajny przepływ do iz komory. Co najważniejsze, wykorzystał turbulencje w komorze, aby dokładnie wymieszać mieszankę paliwa i powietrza. To samo w sobie pozwoliło na zastosowanie wyższych stopni sprężania i bardziej wydajną pracę silnika.
Ograniczeniem wydajności zaworów bocznych nie jest przepływ gazu przez zawory, ale kształt komory spalania. Przy silnikach szybkoobrotowych i wysokim stopniu sprężania, trudność graniczną stanowi osiągnięcie pełnego i wydajnego spalania, przy jednoczesnym uniknięciu problemów związanych z niepożądaną detonacją wstępną. Kształt komory spalania z zaworem bocznym, który jest nieuchronnie szerszy niż cylinder, aby dotrzeć do otworów zaworów, koliduje z osiągnięciem zarówno idealnego kształtu do spalania, jak i małej objętości (i małej wysokości) potrzebnej do wysokiego sprężania. Nowoczesne, wydajne silniki skłaniają się zatem w stronę konstrukcji z dachem krytym lub półskrzydłowym, w których zawory są umieszczone blisko środka przestrzeni.
Tam, gdzie jakość paliwa jest niska, a liczba oktanowa niska, współczynniki kompresji będą ograniczone. W takich przypadkach silnik zaworowy ma jeszcze wiele do zaoferowania. Szczególnie w przypadku opracowanego silnika IOE dla rynku o słabych paliwach, silniki takie jak Rolls-Royce serii B lub Land-Rover wykorzystują skomplikowany układ nachylonych zaworów, linię głowicy cylindra pod kątem do otworu i odpowiednio pod kątem tłoki, aby zapewnić kompaktową komorę spalania, zbliżającą się do prawie półkulistego ideału. Takie silniki były produkowane do lat 90., ale zostały ostatecznie zastąpione, gdy paliwa dostępne „w terenie” stały się bardziej prawdopodobne, że były to olej napędowy niż benzyna.
Szczegół
Wewnętrznie głowica cylindra ma kanały zwane portami lub kanałami, przez które mieszanka paliwowo-powietrzna przemieszcza się do zaworów wlotowych z kolektora dolotowego , a gazy spalinowe mogą przemieszczać się z zaworów wydechowych do kolektora wydechowego. W silniku chłodzonym wodą głowica cylindra zawiera również integralne kanały i kanały dla płynu chłodzącego silnika — zwykle mieszaniny wody i płynu niezamarzającego — aby ułatwić odprowadzenie nadmiaru ciepła z dala od głowicy, a tym samym od silnika w ogóle.
W konstrukcji górnozaworowej (OHV) głowica cylindra zawiera zawory grzybkowe i świece zapłonowe wraz z kanałami lub „portami” dla gazów wlotowych i wydechowych. Praca zaworów jest inicjowana przez wałek rozrządu silnika , który znajduje się w bloku cylindrów, a moment jego zadziałania przekazywany jest na popychacze zaworów , a następnie wahacze osadzone na wale wahaczy – również wahacze i wał znajduje się w głowicy cylindra.
W konstrukcji górnego wałka rozrządu (OHC) głowica cylindra zawiera zawory, świece zapłonowe i kanały dolotowe/wylotowe, podobnie jak w silniku OHV, ale teraz wałek rozrządu znajduje się również w głowicy cylindrów. Wałek rozrządu może być osadzony centralnie między każdym przesuniętym rzędem zaworów wlotowych i wylotowych, nadal również z wykorzystaniem wahaczy (ale bez popychaczy) lub wałek rozrządu może być osadzony bezpośrednio nad zaworami, eliminując wahacze i wykorzystując popychacze „kubełkowe” .
Realizacja
Liczba głowic cylindrów w silniku jest funkcją konfiguracji silnika . Prawie wszystkie dzisiejsze silniki rzędowe (proste) wykorzystują pojedynczą głowicę cylindrów, która obsługuje wszystkie cylindry. Silnik V (lub Vee) ma dwie głowice cylindrów, po jednej na każdy zespół cylindrów „V”. W przypadku kilku kompaktowych silników V o wąskim kącie, takich jak Volkswagen VR6 , kąt między rzędami cylindrów jest tak wąski, że wykorzystuje pojedynczą głowicę obejmującą oba rzędy. Płaskim silnika (silnik V zasadzie, w którym kąt pomiędzy rzędami cylindrów jest o 180 °) ma dwie głowice. Większość silników promieniowych ma jedną głowicę na każdy cylinder, chociaż zwykle jest to forma monoblokowa, w której głowica jest wykonana jako integralna część cylindra. Jest to również powszechne w motocyklach, a takie elementy głowicy/cylindra nazywane są beczkami .
Niektóre silniki, zwłaszcza silniki wysokoprężne o średniej i dużej pojemności , budowane do celów przemysłowych, okrętowych, energetycznych i ciężkich trakcji (duże ciężarówki , lokomotywy , ciężki sprzęt itp.) mają oddzielne głowice cylindrów dla każdego cylindra. Zmniejsza to koszty naprawy, ponieważ pojedynczą uszkodzoną głowicę na jednym cylindrze można wymienić zamiast większej, znacznie droższej jednostki, która pasuje do wszystkich cylindrów. Taka konstrukcja umożliwia również producentom silników łatwe wytwarzanie „rodziny” silników o różnych układach i/lub liczbach cylindrów bez konieczności stosowania nowych konstrukcji głowic cylindrów.
Konstrukcja głowicy cylindrów ma kluczowe znaczenie dla osiągów i sprawności silnika spalinowego wewnętrznego spalania, ponieważ kształt komory spalania, kanałów wlotowych i otworów (oraz w mniejszym stopniu wydechu) determinuje dużą część sprawności objętościowej i sprężania stosunek silnika.
Popularne imiona | Wał rozrządczy | Zawory wlotowe | Zawory wydechowe | Uwagi |
---|---|---|---|---|
Podwójny wałek rozrządu w głowicy DOHC, podwójna krzywka, Cammer |
Głowa | Głowa | Głowa | Pozwala na optymalne pozycjonowanie zaworów w głowicy cylindrów z przepływem krzyżowym Podwójne wałki rozrządu są stosowane w celu umożliwienia bezpośredniego uruchamiania dobrze umieszczonych zaworów, bez wahaczy Powszechnie stosowane w nowoczesnych konstrukcjach samochodów Ogólnie pozwalają na pracę z najwyższymi obrotami w wymienionych konstrukcjach |
Pojedynczy wałek rozrządu OHC, SOHC, Single-Cam, „Single-Jingle”, Cammer |
Głowa | Głowa | Głowa | Szeroko stosowany w samochodach w ostatnich dziesięcioleciach, ale coraz częściej wypierany przez DOHC Czasami wykorzystuje wahacze do uruchamiania niektórych zaworów Niektóre konstrukcje wykorzystują jeden wałek rozrządu do bezpośredniego uruchamiania wszystkich zaworów, tak jak konstrukcje DOHC |
Zawór górny OHV, I-head, popychacz, krzywka w bloku |
Blok | Głowa | Głowa | Nadal stosowany w niektórych silnikach V8 o dużej pojemności skokowej, zwykle pochodzenia amerykańskiego, australijskiego lub brytyjskiego. Potrzebne są popychacze i wahacze do uruchamiania zaworów za pomocą pojedynczego wałka rozrządu. Silniki OHV są na ogół fizycznie mniejsze dla tej samej pojemności w porównaniu z OHC |
Zawór boczny z płaską głowicą , głowicą L, głowicą T |
Blok | Blok | Blok | Kiedyś uniwersalny, teraz przestarzały Najprostsza możliwa konfiguracja; Wałki rozrządu działają bezpośrednio na zawory Nadal powszechnie spotykane w silnikach czterosuwowych (np. kosiarki, podkaszarki, piły łańcuchowe) |
Wlot-nad wydechem IOE, głowica F, wlot-nad wydechemEx |
Blok | Głowa | Blok | Zawsze rzadkie, przestarzałe przez dziesięciolecia Wydajniejsze niż konstrukcje z zaworami bocznymi, ale także bardziej złożone, większe i droższe w produkcji |
Galeria
Pojedynczy wałek rozrządu (SOHC) głowicy z Honda D15A3 .
Dwoma wałkami rozrządu (DOHC) głowicy z Honda K20Z3 .
Dolna (po lewej) i górna (po prawej) głowica cylindrów Malossi do jednocylindrowych, dwusuwowych skuterów. Otwór w środku na świecę zapłonową, cztery otwory na słupki śrub cylindra.
Głowica cylindra z samochodu dostawczego GMC . Te zawory i częścią kolektora wydechowego są widoczne.
Zobacz też
Uwagi
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Multimedia związane z głowicami cylindrów w Wikimedia Commons
- Montaż symulacji 3D Ford Duratec Engine — film pokazujący budowę i działanie czterocylindrowego silnika spalinowego.