Крышка цилиндра - Cylinder head

Головка блока цилиндров Ford Windsor V8 302 / 5.0L
Головка блока цилиндров двигателя Caterpillar
Головка блока цилиндров двигателя Caterpillar

В двигателе внутреннего сгорания , то головка цилиндра (часто сокращенно неформально только головой ) сидит над цилиндрами на верхней части блока цилиндров . Он закрывается в верхней части цилиндра, образуя камеру сгорания . Этот стык герметизирован прокладкой головки блока цилиндров . В большинстве двигателей головка также обеспечивает пространство для каналов, по которым воздух и топливо поступают в цилиндр и которые позволяют выходить выхлопным газам. Головка также может быть местом для крепления клапанов , свечей зажигания и топливных форсунок .

Двигатели с боковыми клапанами

В двигателе с плоской головкой или с боковым клапаном все механические части клапанного механизма находятся внутри блока, и можно использовать «припарочную головку», которая по существу представляет собой простую металлическую пластину, прикрепленную болтами к верхней части блока.

Сохранение всех движущихся частей внутри блока имеет преимущество для физически больших двигателей, так как шестерня привода распределительного вала мала и поэтому меньше страдает от эффектов теплового расширения в блоке цилиндров. При цепном приводе к верхнему распределительному валу дополнительная длина цепи, необходимая для конструкции верхнего кулачка, может вызвать проблемы из-за износа и неровностей цепи без частого обслуживания.

Ранние двигатели с боковыми клапанами использовались во времена простой химии топлива, низкого октанового числа и, следовательно, требовали низких степеней сжатия . Это сделало конструкцию камеры сгорания менее критичной, и стало меньше необходимости тщательно проектировать отверстия и воздушный поток.

Одна из трудностей, возникших в то время, заключалась в том, что низкая степень сжатия также подразумевала низкую степень расширения во время рабочего хода. Таким образом, выхлопные газы были все еще горячими, горячее, чем у современного двигателя, и это приводило к частым проблемам с сгоревшими выпускными клапанами.

Основным усовершенствованием двигателя с боковыми клапанами стало появление конструкции Рикардо с турбулентной головкой . Это уменьшило пространство внутри камеры сгорания и портов, но благодаря тщательному обдумыванию путей воздушного потока внутри них это позволило более эффективно входить и выходить из камеры. Что наиболее важно, он использовал турбулентность внутри камеры для тщательного перемешивания топливно-воздушной смеси. Это само по себе позволяло использовать более высокую степень сжатия и более эффективную работу двигателя.

Ограничение производительности бокового клапана - это не поток газа через клапаны, а форма камеры сгорания. С высокоскоростными двигателями и высокой степенью сжатия ограничивающая трудность сводится к достижению полного и эффективного сгорания, в то же время избегая проблем нежелательной предварительной детонации. Форма камеры сгорания с боковым клапаном, которая неизбежно шире цилиндра для доступа к портам клапана, противоречит достижению как идеальной формы для сгорания, так и небольшого объема (и малой высоты), необходимого для высокого сжатия. Таким образом, современные эффективные двигатели имеют тенденцию к конструкции с односкатной крышей или полуциркулем, где клапаны расположены близко к центру пространства.

При низком качестве топлива и низком октановом числе степени сжатия будут ограничены. В этих случаях двигателю с боковым клапаном еще есть что предложить. В частности, в случае двигателя IOE, разработанного для рынка с плохим топливом, в двигателях, таких как серия Rolls-Royce B или Land-Rover, используется сложное расположение наклонных клапанов, линия головки блока цилиндров под углом к ​​отверстию и соответствующим углом наклона. поршни, чтобы обеспечить компактную камеру сгорания, приближающуюся к почти полусферическому идеалу. Такие двигатели оставались в производстве до 1990-х годов и были окончательно заменены только тогда, когда доступное «в полевых условиях» топливо стало скорее дизельным, чем бензиновым.

Деталь

Внутри головка цилиндра имеет каналы, называемые портами или трактами, по которым топливно-воздушная смесь перемещается к впускным клапанам от впускного коллектора , а выхлопные газы проходят от выпускных клапанов к выпускному коллектору. В двигателе с водяным охлаждением головка блока цилиндров также содержит встроенные каналы и каналы для охлаждающей жидкости двигателя - обычно смеси воды и антифриза - для облегчения отвода избыточного тепла от головки и, следовательно, двигателя в целом.

В конструкции с верхним расположением клапана (OHV) головка блока цилиндров содержит тарельчатые клапаны и свечи зажигания, а также тракты или «порты» для впускных и выхлопных газов. Работа клапанов инициируется распределительным валом двигателя , который расположен внутри блока цилиндров, и его рабочий момент передается на штоки клапанов , а затем на коромысла, установленные на валу коромысла - коромысла и вал также расположен в головке блока цилиндров.

В конструкции верхнего распределительного вала (OHC) головка блока цилиндров содержит клапаны, свечи зажигания и впускной / выпускной тракты, как и двигатель OHV, но теперь распределительный вал также находится внутри головки блока цилиндров. Распределительный вал может быть установлен по центру между каждым смещенным рядом впускных и выпускных клапанов, и при этом также могут использоваться коромысла (но без толкателей), или распределительный вал может быть установлен непосредственно над клапанами, исключая коромысла и используя толкатели «ковша» .

Выполнение

Количество головок цилиндров в двигателе зависит от конфигурации двигателя . Почти все рядные (прямые) двигатели сегодня используют одну головку блока цилиндров, которая обслуживает все цилиндры. В (или Ви) двигатель имеет два головки блока цилиндров, по одному для каждого ряда цилиндров в «V». Для нескольких компактных «узкоугольных» V-образных двигателей, таких как Volkswagen VR6 , угол между рядами цилиндров настолько мал, что используется одна головка, охватывающая два ряда. Плоский двигатель ( в основном V двигатель, в котором угол между рядами цилиндров теперь 180 °) имеет две головы. Большинство радиальных двигателей имеют по одной головке для каждого цилиндра, хотя обычно это моноблочная форма, в которой головка выполнена как неотъемлемая часть цилиндра. Это также характерно для мотоциклов, и такие компоненты головки / цилиндра называются цилиндрами .

Некоторые двигатели, особенно дизельные двигатели средней и большой мощности, созданные для промышленных, морских, энергетических и тяжелых тяговых целей (большие грузовики , локомотивы , тяжелое оборудование и т. Д.), Имеют отдельные головки блока цилиндров для каждого цилиндра. Это снижает затраты на ремонт, поскольку одна вышедшая из строя головка на одном цилиндре может быть заменена на более крупную и более дорогостоящую установку, подходящую для всех цилиндров. Такая конструкция также позволяет производителям двигателей легко производить «семейство» двигателей с различными компоновками и / или номерами цилиндров, не требуя новых конструкций головок цилиндров.

Конструкция головки блока цилиндров является ключом к производительности и эффективности двигателя внутреннего сгорания, поскольку форма камеры сгорания, впускных каналов и каналов (и в меньшей степени выхлопа) определяет большую часть объемного КПД и сжатия. передаточное отношение двигателя.

Конструкции головки автомобильного 4-тактного двигателя - конфигурации клапанов и распределительных валов
Общие имена Распредвал Впускные клапаны Выпускные клапаны Заметки
Двойной
верхний распределительный вал DOHC, Twin-Cam, Cammer		 Глава Глава Глава Обеспечивает оптимальное расположение клапанов для головки блока цилиндров с поперечным потоком.
Двойные распредвалы используются для прямого срабатывания правильно расположенных клапанов без коромысел.
Широко распространены в современной конструкции автомобилей.
Как правило, позволяют работать на самых высоких оборотах среди перечисленных конструкций.
Одиночный верхний распредвал с
верхним расположением вала , SOHC, с одним кулачком, с одним звеном, с кулачком		 Глава Глава Глава В последние десятилетия широко используется в автомобилях, но все чаще вытесняется DOHC.
Иногда используются коромысла для приведения в действие некоторых клапанов. В
некоторых конструкциях используется один распределительный вал для непосредственного приведения в действие всех клапанов, как, например, конструкции DOHC.
Верхний клапан
OHV, I-образная головка, толкатель, кулачок в блоке		 Блокировать Глава Глава Тем не менее , используемый в некоторых больших смещений двигателей V8, как правило , из Америки, Англии или Австралии происхождения
потребностей толкатели и коромысла для приведения в действие клапанов с помощью одного распредвала
OHV двигатели , как правило , физически меньше для того же смещения по сравнению с OHC
Боковой клапан с
плоской головкой , L-образной головкой, T-образной головкой		 Блокировать Блокировать Блокировать Когда-то универсальная, теперь устаревшая.
Простейшая возможная конфигурация; распределительные валы работают непосредственно на клапанах.
По-прежнему часто встречаются в двигателях четырехтактного силового оборудования (например, газонокосилок, триммеров для сорняков, бензопилы).
Впускной-над-выпускной
IOE, F-Head, Впускной -выпускной		 Блокировать Глава Блокировать Всегда необычный, устаревший на десятилетия
Более эффективен, чем конструкции с боковыми клапанами, но также более сложен, крупнее и дороже в производстве

Галерея

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки