Hlava válce - Cylinder head

302 / 5,0 l Ford Windsor V8 hlava válce
Hlava válce motoru Caterpillar
Hlava válce motoru Caterpillar

V spalovací motor, hlava válce (často neformálně zkráceno na hlava) sedí nad válce na vrcholu blok válců.[1] Zavírá se v horní části válce a tvoří spalovací komora. Tento spoj je utěsněn a těsnění hlavy. U většiny motorů poskytuje hlava také prostor pro pasáže, které se krmí vzduch a palivo k válci a to umožňuje vyčerpat uniknout. Hlava může být také místem pro montáž ventily, zapalovací svíčky, a vstřikovače paliva.

Motory Sidevalve

V plochá hlava nebo boční strana motor, mechanické součásti ventilový rozvod jsou všechny obsaženy v bloku a může být použita „obkladová hlava“, což je v podstatě jednoduchá kovová deska přišroubovaná k horní části bloku.

Ponechání všech pohyblivých částí uvnitř bloku má výhodu pro fyzicky velké motory v tom, že hnací kolo vačkového hřídele je malé a tak méně trpí účinky tepelné roztažnosti v bloku válců. U řetězového pohonu k vačkovému hřídeli nad hlavou by mimořádná délka řetězu potřebná pro konstrukci vačkové hřídele mohla způsobit problémy s opotřebením a sklonem řetězu bez časté údržby.

Brzy motory sidevalve byly používány v době jednoduché chemie paliva, nízké oktanové hodnocení a tak vyžadováno nízko kompresní poměry. To způsobilo jejich spalovací komora design méně kritický a bylo méně nutné pečlivě navrhovat jejich porty a proudění vzduchu.

Jednou z potíží, která se v této době vyskytla, bylo to, že nízký kompresní poměr také znamenal nízký expanzní poměr během silového zdvihu.[A] Výfukové plyny byly tedy stále horké, teplejší než současný motor, což vedlo k častým potížím se spálenými výfukovými ventily.

Zásadním vylepšením motoru sidevalve byl příchod Ricardo je turbulentní hlava design. Tím se zmenšil prostor uvnitř spalovací komory a portů, ale pečlivým přemýšlením o cestách proudění vzduchu v nich bylo umožněno efektivnější proudění dovnitř a ven z komory. A co je nejdůležitější, používalo turbulence uvnitř komory k důkladnému promíchání směsi paliva a vzduchu. To samo o sobě umožnilo použití vyšších kompresních poměrů a efektivnějšího chodu motoru.

Omezení výkonu sidevalve je ne průtok plynu ventily, ale spíše tvar spalovací komory. U vysokorychlostních motorů a vysoké komprese se omezující obtížností stává dosažení úplného a účinného spalování a zároveň zabránění problémům s nežádoucí detonací. Tvar boční spalovací komory, který je nevyhnutelně širší než válec k dosažení ventilových portů, je v rozporu s dosažením ideálního tvaru pro spalování[b] a také malý objem (a malá výška) potřebný pro vysokou kompresi. Moderní a efektivní motory tak směřují k točité střeše nebo hemi, kde jsou ventily přivedeny těsně do středu prostoru.

Pokud je nízká kvalita paliva a špatné oktanové číslo, budou kompresní poměry omezeny. V těchto případech má motor sidevalve stále co nabídnout. Zejména v případě rozvinutých Motor IOE pro trh se špatnými palivy, motory jako Řada Rolls-Royce B. nebo Land Rover použít komplikované uspořádání šikmých ventilů, vedení hlavy válce pod úhlem k otvoru a odpovídající šikmé písty k zajištění kompaktní spalovací komory blížící se ideálu téměř polokoule. Tyto motory zůstaly ve výrobě až do 90. let a nakonec byly nahrazeny až poté, co u paliv dostupných „v terénu“ bylo pravděpodobnější, že budou naftou než benzínem.

Detail

Vnitřně má hlava válců tzv. Průchody porty nebo trakty aby směs paliva a vzduchu cestovala k sacím ventilům ze sání potrubí, a pro výfukové plyny cestovat z výfukových ventilů do sběrného výfukového potrubí. V chlazený vodou motoru obsahuje hlava válců také integrované kanály a kanály pro chladicí kapalinu motoru - obvykle směs vody a nemrznoucí směs —Na usnadnění přenosu přebytečného tepla od hlavy, a tedy obecně od motoru.

V konstrukci zpětného ventilu (OHV) obsahuje hlava válce talířové ventily a zapalovací svíčky spolu s kanály nebo „porty“ pro přívod a výfukové plyny. Činnost ventilů je zahájena motorem vačková hřídel, který je umístěn v bloku válců a jeho moment činnosti se přenáší na ventily táhla, a pak vahadla namontován na vahadle - vahadla a hřídel jsou také umístěny v hlavě válců.

V konstrukci vačkového hřídele nad hlavou (OHC) obsahuje hlava válců ventily, zapalovací svíčky a sací / výfukové potrubí stejně jako motor OHV, ale vačkový hřídel je nyní také obsažen v hlavě válců. Vačkový hřídel může být usazen centrálně mezi každou odsazenou řadou vstupních a výfukových ventilů a stále může využívat vahadla (ale bez tlačných tyčí), nebo vačkový hřídel může být usazen přímo nad ventily, což eliminuje vahadla a využívá „lopatu“ tapet.

Implementace

Počet hlav válců v motoru je funkcí konfigurace motoru. Téměř všechny řadové (přímé) motory dnes se používá jedna hlava válců, která slouží všem válcům. A V (nebo Vee) motor má dvě hlavy válců, jednu pro každou banka válců „V“. Pro několik kompaktních V motorů s úzkým úhlem, například Volkswagen VR6, úhel mezi bankami válců je tak úzký, že používá jednu hlavu překlenující dvě banky. A plochý motor (v podstatě motor V, kde úhel mezi válci je nyní 180 °) má dvě hlavy. Většina hvězdicové motory mít pro každý válec jednu hlavu, i když je to obvykle monoblok forma, ve které je hlava vyrobena jako integrální součást válce. To je také běžné u motocyklů a takové součásti hlavy / válce se označují jako sudy.

Některé motory, zejména střední a velká kapacita vznětové motory postaveno pro průmyslové, námořní, energetické a těžké trakční účely (velké kamiony, lokomotivy, těžká výbava atd.) mají pro každý válec samostatné hlavy válců. To snižuje náklady na opravy, protože lze vyměnit jednu vadnou hlavu na jednom válci namísto větší, mnohem dražší jednotky, která pasuje na všechny válce. Taková konstrukce také umožňuje výrobcům motorů snadno vyrábět „rodinu“ motorů s odlišným uspořádáním a / nebo počtem válců, aniž by vyžadovali nové konstrukce hlavy válců.

Konstrukce hlavy válců je klíčem k výkonu a účinnosti spalovacího motoru, protože tvar spalovací komory, sací kanály a otvory (a v menší míře i výfuk) určují hlavní část objemová účinnost a kompresní poměr motoru.

Designy automobilové čtyřtaktní hlavy motoru - konfigurace ventilů a vačkových hřídelů
Běžná jménaVačková hřídelSací ventilyVýfukové ventilyPoznámky
Zdvojený vačkový hřídel
DOHC, Twin-Cam, Cammer		HlavaHlavaHlavaUmožňuje optimální umístění ventilů pro a křížová hlava válců.
Dvojité vačkové hřídele se používají k přímému ovládání dobře umístěných ventilů bez kolébek.
Rozšířený v moderním automobilovém designu
Jednoduchý vačkový hřídel
OHC, SOHC, Single-Cam, "Single-Jingle", Cammer		HlavaHlavaHlavaV posledních desetiletích široce používán pro automobily, ale stále více nahrazován DOHC.
Někdy k ovládání některých ventilů používá vahadla, jindy ne
Zpětný ventil
OHV, I-Head, táhlo, Cam-In-Block		BlokHlavaHlavaStále se používá v některých motorech V8 s velkým objemem, obvykle amerického nebo britského původu
K ovládání ventilů je zapotřebí táhla a vahadla
Sidevalve
Flathead, L-Head, T-Head		BlokBlokBlokKdysi univerzální, nyní zastaralé
Nejjednodušší možná konfigurace
Vačky pracují přímo na ventilech
Sání-přes-výfuk
IOE, hlava F, výfuk sání		BlokHlavaBlokVždy neobvyklé, zastaralé po celá desetiletí

Galerie

Viz také

Poznámky

  1. ^ The práce provedený na pístu během expanzního zdvihu je omezen tím, kolik zdvihu je možné dosáhnout.
  2. ^ Na nejjednodušší úrovni se koule blíží ideálnímu tvaru pro spalování, protože má nejkratší dráhy, po nichž se šíří čelo plamene. Jelikož jednou z jeho zdí je pohyblivý píst, běžněji se volí polokoule

Reference

  1. ^ Wright, G. (2015). Základy dieselových motorů se střední / vysokou zátěží. Jones & Bartlett Learning. str. 310. ISBN  978-1-284-06705-7. Citováno 2020-11-07.

externí odkazy