Головки циліндрів (ГБЦ)

Головки (кришки) циліндрів разом з циліндрами утворюють надпоршневую порожнину, в якій здійснюються всі теплові процеси робочого циклу двигуна. Головка (ГБЦ) не тільки закриває циліндр, по і служить порожниною для повного або часткового розміщення обсягу стиснення c. т. е. камери згоряння, а також свічки запалювання (при зовнішньому сумішоутворення) або форсунки (в двигунах з внутрішнім сумішоутворенням). У голівці верхньоклапанної двигуна розміщується клапанний механізм, канали впуску робочого тіла в циліндр і випуску гарячих відпрацьованих газів. До голівках кріплять також впускні і випускні трубопроводи з їх системами і допоміжне обладнання двигуна. '

Стінки головки, що утворюють камеру згоряння, в більшій мірі, ніж стінки циліндра, схильні до впливу відкритого полум'я і тиску газу. Тому роблять їх в 1,5-2,0 рази товщі стінок гільз циліндрів і інтенсивно охолоджують.

При рідинному охолодженні головки (ГБЦ), як і циліндри, одягають сорочкою охолодження, а в двигунах повітряного охолодження - оребряют. Порожнини сорочок охолодження головки і циліндра за допомогою проток об'єднуються в загальну систему, циркуляція рідини в якій організовується так, щоб «холодний» потік її на вході в систему охолодження двигуна мав температуру близько 80 ° С і перш за все вимив найбільш гарячі стінки головки (випускні патрубки ). У двигунах повітряного охолодження ребра головки роблять особливо розвиненим, причому ребра розташовують по руху потоку охолоджуючого повітря так, щоб забезпечувався більш ефективний тепловідвід.

У зв'язку з викладеним головка циліндрів набуває вельми складну конструкцію, особливо в двигунах з верхнім розташуванням клапанів. Головки автомобільних двигунів роблять не тільки знімними, але і відливають загальними для всіх циліндрів, що утворюють ряд (від двох до восьми включно), або для групи циліндрів (практикується в основному при повітряному охолодженні). Тільки в дуже малих двотактних одноциліндрових двигунах знаходить ще застосування спільна виливок головки з циліндром. Об'єднання цих важливих конструктивних елементів кістяка двигуна надзвичайно ускладнює обробку дзеркала циліндра і виконання монтажно-демонтажних робіт при ремонті багатоциліндрових двигунів, тому метод спільної виливки в авто- і тракторобудування в даний час не застосовується.

Головки (ГБЦ) двигунів автомобільного та тракторного типів виготовляють з сірого або легованого чавуну, але частіше за все з алюмінієвих сплавів (для стислості їх називають зазвичай алюмінієвими). У карбюраторних двигунах з повітряним і рідинним охолодженням краще застосовувати алюмінієві головки. Алюмінієві сплави мають гарну теплопровідність, внаслідок чого теплова напруженість стінок головки буває порівняно нижче чавунних. Тому алюмінієві головки сприяють зменшенню ступеня підігріву свіжого заряду і дозволяють працювати з більш високими ступенями стиснення на тому ж паливі без виникнення детонаційного згоряння. В результаті цього застосування алюмінієвих головок дозволяє поліпшувати показники потужності та економічні показники двигунів.

Щоб одночасно використовувати високу теплопровідність алюмінію і жаростійкість чавуну в дизелях з повітряним охолодженням, підстава головки і патрубки, особливо випускних каналів, виготовляють іноді з чавуну і заливають їх алюмінієвим сплавом. У порівнянні з чавунними голівками це покращує тепловідвід і зменшує можливу деформацію головки при її нагріві і охолодженні. Однак для головок форсованих дизелів (які працюють з великою тепловою напруженістю) рекомендується застосування алюмінієвих сплавів.

При виготовленні головок з алюмінієвих сплавів обов'язково застосовуються вставні сідла під клапани. Вони виготовляються з високоміцного жаростійкого чавуну, що має високий коефіцієнт лінійного розширення. з легованої або среднеуглеро-дист стали і алюмінієвої бронзи.

Для щільної та надійної посадки вставних сідел в головку її нагрівають приблизно до 170-200 ° С, а сідла охолоджують іноді до температури мінус 80 ° С (у сухому льоду). Після такої збірки сідла обвальцовивают ще шляхом ущільнення навколо них матеріалу головки. Необхідність цього викликається тим, що найбільш гарячим місцем головки є перемичка між гніздами клапанів, що нагрівається до 230- 260 ° С, а так як механічна міцність алюмінієвих сплавів при нагріванні помітно знижується, то погана посадка вставного сідла призводить до втрати герметичності і виходу з ладу всієї головки. У нагріту головку запресовують і напрямні втулки для клапанів. які виготовляють з чавуну, металокераміки або бронзи. Такі втулки використовують і в чавунних головках.

Вставки в алюмінієву головку двигунів повітряного охолодження роблять також для кріплення свічки запалювання або форсунки, якщо остання має різьбове кріплення, т. Е. Ввертають безпосередньо в тіло головки. Такі вставки зазвичай виконують у вигляді простих різьбових перехідних втулок (футорок) і вкручують в попередньо нагріту головку.

Вставні сідла під клапани застосовують і в чавунних голівках, але їх зазвичай ставлять під випускні клапани, оскільки вони працюють в більш важких умовах (середня температура нагріву досягає у них 800 ° С). Вставки в цих випадках виготовляють з жароміцних матеріалів.

Площині стику головки і блоку циліндрів ущільнюють за допомогою стале-азбестових або суцільнометалевих прокладок, які ставлять відразу під всю головку. При затягуванні шпильок кріплення головки, наприклад, правого блоку циліндрів прокладка затискається між верхньою опорною площиною правого блоку і привалочной площиною його головки.

З Талі-азбестові прокладки в даний час застосовують в переважній більшості двигунів автомобільного типу. Їх основу складає вогнестійкий волокнистий мінерал - азбест, поданий у вигляді тонкого листа (листовий азбест). Для додання прокладкам необхідної міцності їх армують тонким перфорованим сталевим листом або сіткою зі сталевого дроту. В останньому випадку отримують азбосталевий полотно, з якого і вирубують прокладки головки блоку. Прокладки роблять з такими ж внутрішніми і зовнішніми контурами, які є у привалочной площині блоку циліндрів зі складним малюнком отворів під камери згоряння, шпильки хрещення сполучні канали сорочки охолодження і т. Д. Товщина прокладок в робочому (стислому) положенні становить приблизно 1,5 мм .

По контуру камер згоряння і в місцях з тонкими перемичками між циліндрами стале-азбестові і інші армовані прокладки окантовують тонким порівняно м'яким сталевим листом. Металева окантовка покращує механічні властивості прокладок і головне дозволяє підвищувати місцеву щільність стику навколо камери згоряння, що має важливе значення для надійного ущільнення циліндрів. Щоб уберегти прокладку від прогорання, її окантовану кромку відводять від контура'внутренніх стінок камери згоряння приблизно на 1-2 мм. У конструкціях з мокрими гільзами з цією метою опорний фланець гільзи постачають іноді спеціальним буртиком. який захищає ущільнювальну прокладку від впливу відкритого полум'я і можливого її прогоряння.

Для зменшення прилипаемости прокладок до привалочних площинах головки або циліндрів і подальшого розриву їх при розбиранні двигуна поверхні прокладок рясно покривають графітом. Раніше все азбестові прокладки двигунів взагалі повністю облицьовувались тонкої листової латунню (фольгою). В результаті виходили так звані мідно-азбестові прокладки, що витримували багаторазове вживання, але внаслідок відносної їх складність і дорожнечу в переважній більшості випадків вони замінюються тепер порівняно простими, дешевими, хоча і менш надійними, армованими прокладками.

Суцільнометалеві прокладки під головку блоку виготовляють з листових металів - алюмінію, міді або м'якої сталі. Алюмінієві прокладки використовують, наприклад, на дизелі В-2. Вони вирубуються з цілого листа під всю головку ряду (блоку циліндрів) так, щоб перекривався опорний фланець гільзи, який, у випадках використання мокрих гільз, зазвичай на 0,1 0,2 мм підноситься над привалочной площиною блоку циліндрів. Опорний фланець мокрою гільзи В-2 в зоні зіткнення з прокладкою має ряд кільцевих ущільнювачів канавок, а по внутрішній кромці - буртик, що оберігає алюмінієву прокладку від безпосереднього впливу відкритого полум'я.

Сталеві прокладки під головку блоку є набором декількох, певним чином спакетірованних, тонких, щодо м'яких листів. Такі прокладки застосовують, зокрема, на двотактних дизелях Ярославського моторного заводу.

Мідні ущільнювальні прокладки, виготовлені у вигляді тонких кілець, ставлять під чавунні головки циліндрів двигунів повітряного охолодження. Алюмінієві головки в цих двигунах зазвичай встановлюють без прокладок.

Надійність ущільнення головки блоку в будь-якому випадку залежить від правильної і рівномірної її затягування при установці на циліндри. Головку блоку слід затягувати тільки на холодному двигуні в строго визначеної послідовності і обов'язково динамометричним ключем, що дозволяє контролювати величину прикладеної зусилля. Затягування головки зазвичай починають із середньою її зони з поступовим переходом до периферійних зон. Момент затяжки головок в карбюраторних двигунах рідинного охолодження становить в середньому 7-12 кг · м (≈70-120 н · м), а в дизелях досягає 20 кг · м (≈200 н · м). При виборі послідовності і потрібного моменту затягування в кожному окремому випадку слід керуватися інструкцією заводу-виготовлювача. Неправильна затяжка головки знижує або зовсім зводить нанівець ефективність будь-яких прокладок ущільнювачів. Треба стежити також за тим, щоб під гайки шпильок (головки болтів) кріплення алюмінієвих головок обов'язково підкладали звичайні сталеві товсті шайби, інакше гайки будуть врізатися в м'яке тіло головки і руйнувати поверхню її стінок. Чавунні головки кріплять без застосування шайб.

Джерело: Райков І.Я. Ритвінскій Г.Н. Двигуни внутрішнього згоряння, 1971 p

Newer news items:

Older news items: