Wiele się o niej słyszy, każdy obawia się jej awarii, a jej sprawny stan techniczny jest kluczowy dla prawidłowej eksploatacji. Głowica cylindrów to chyba najistotniejszy element silnika, bo pod nią zachodzą wszystkie procesy, dzięki którym silnik w ogóle działa. Z biegiem czasu element ten nabierał coraz bardziej zróżnicowanych kształtów. Można też powiedzieć, że to, co dzieje się w cylindrach wpływa znacząco na poprawę parametrów silnika.
W tym artykule opiszemy ogólne zadania głowicy cylindrów oraz jej główne cechy i typy.
Głowica cylindrów – co to? Definicja.
Głowica cylindrów jest bardzo skomplikowaną częścią silnika spalinowego. Poza uszczelnieniem bloku cylindrów, obejmuje również wiele innych elementów, takich jak wtryskiwacze, wałki rozrządu, zawory, kanały dolotowe i wydechowe, świece zapłonowe i wtryskiwacze.
Ponieważ w cylindrach odbywa się spalanie mieszanki, są one jedną z najbardziej obciążonych części silnika. Obciążenie to wynika z ciśnienia gazów spalinowych i sił zginających, które oddziałują na śruby głowicy cylindrów. W zakres tych obciążeń wchodzą również obciążenia pośrednie, obejmujące wpływ termiczny na część zwróconą w stronę komory spalania oraz naprężenia spowodowane rozszerzalnością cieplną wskutek nierównomiernego nagrzania.
![](https://motofocus.pl/wp-content/uploads/2023/09/z1-4.png)
W danym cyklu roboczym temperatura wewnątrz komory spalania mieści się w zakresie od 100 do 2000°C. Temperatura po stronie zwróconej ku komorze spalania zmienia się tylko o kilka stopni z powodu bezwładności cieplnej, ale z częstotliwością odpowiadającą cyklom roboczym silnika. Wynika z tego, że zjawisko to powoduje naprężenia zmęczeniowe w materiale wykonania głowicy.
W przypadku głowicy cylindrów odkształcenia nie są dopuszczalne lub są dopuszczalne tylko w minimalnym stopniu, więc musi być ona wystarczająco sztywna, w przeciwnym razie zawory nie będą w stanie szczelnie się zamknąć, co może doprowadzić do ich zniszczenia, a także wycieków płynu chłodniczego i paliwa, a także drastycznego spadku wydajności silnika.
Podstawowe typy w zależności od sterowania i pozycji zaworów
Szybko stało się jasne, że w silniku spalinowym potrzebna jest zdejmowana głowica cylindra. Początkowo nie było to oczywiste, ale konstrukcja monoblokowa uniemożliwiała wykonanie niektórych niezbędnych modyfikacji.
Przez długi czas zadawano pytanie, w jakiej pozycji powinny znajdować się głowice cylindrów, w tym zawory i wałki rozrządu. Na podstawie tych dwóch parametrów powstały niezliczone warianty, spośród których opisujemy tylko kilka najważniejszych.
Być może ciężko w to uwierzyć dzisiejszemu czytelnikowi, ale w Stanach Zjednoczonych mniej więcej sto lat temu typowym rozwiązaniem była tzw. konstrukcja typu „flathead”. Nie była to głowica cylindrów w klasycznym rozumieniu. Ten typ silnika był przykładem jednostki ze sterowaniem bocznym i zaworami bocznymi, chociaż tutaj sterowanie jest raczej dolne niż boczne, ponieważ wałek rozrządu znajduje się poniżej tłoków.
![](https://motofocus.pl/wp-content/uploads/2023/09/zw.png)
Konstrukcja ta jest niezwykle prosta, co czyni ją niezawodną, ale układ rozrządu nie jest zbyt kompaktowy, więc jego bezwładność jest również większa. Układ taki wyszedł już dawno z użytku w miarę, jak silniki uzyskiwały coraz wyższe prędkości obrotowe.
Modele Ford T i A miały właśnie taki silnik, ale rozwiązania tego typu znajdziemy we wszystkich Fordach Flathead V8, a także w starych Cadillacach V16. Po II wojnie światowej był on stosowany tylko w kilku pojazdach wojskowych. Powodem takiego stanu rzeczy jest to, że układ SV został zastąpiony układem OHV (górnozaworowym), z rozrządem bocznym wykorzystującym popychacze. W USA takie silniki są produkowane do dziś, mimo upływu czasu od wynalezienia tej technologii.
![](https://motofocus.pl/wp-content/uploads/2023/09/z2-1.png)
Pozycja zaworów i wałka rozrządu jest bardzo podobna do rozwiązania typu SV, ale istotną różnicą jest to, że tutaj nasadka zaworowa jest skierowana w stronę komory spalania. Rozwiązanie takie jest jednak możliwe wyłącznie przy użyciu mechanizmu (wahacza) do zmiany kierunku ruchu popychacza.
Gdy krzywka wałka rozrządu popycha popychacz w górę, wahacz obraca się wzdłuż sworznia i popycha zawór w dół po drugiej stronie. Umożliwia to zaprojektowanie głowicy cylindrów w klasycznym sensie, ale sterowanie jest nadal powolne i trudne.
Takie silniki znajdziemy w amerykańskich samochodach wyczynowych i hobbystycznych. Podobnie, wiele europejskich i azjatyckich pojazdów również było wyposażonych w to rozwiązanie – np. większość modeli ze Związku Radzieckiego znanych pod marką Lada.
Kolejny etap w historii rozwoju to nadal stosowane silniki z górnym wałkiem rozrządu (OHC), w których rozrząd i zawory znajdują się w głowicy cylindrów, nad tłokami. Dzięki temu sterowanie i ruch zaworów są naprawdę szybkie. Wariantem tego rozwiązania jest układ DOHC (podwójny górny wałek rozrządu), podwójny wałek rozrządu, sterujący zaworami górnymi, który można znaleźć w prawie wszystkich nowoczesnych silnikach.
![](https://motofocus.pl/wp-content/uploads/2023/09/zz.png)
Dzięki temu głowica cylindra osiągnęła kształt, który znamy dzisiaj i nawet w Stanach Zjednoczonych konstrukcja ta dominuje.
Ciekawostką jest fakt, że choć układ DOHC jest uważany za najnowocześniejszą konstrukcję, jego początki mają ponad sto lat. Firma Peugeot używała takiego silnika już w 1912 r., podczas Grand Prix Francji, a firma Alfa Romeo z takiego rozwiązania korzystała już w 1914 r.
Tak więc prawda jest taka, że nie ma dużej różnicy wieku między różnymi konstrukcjami głowic cylindrów, po prostu wszyscy potrzebowali czasu, aby uświadomić sobie, w którym kierunku należy dalej się rozwijać.
Komentarze