HLAVA VÁLCŮ
tvoří víko pracovního válce a část spalovacího prostoru. Je zatížena proměnným tlakem spalování, tlakem od
předpětí hlavových šroubů a těsnění. Tepelně je nerovnoměrně namáhána okamžitou teplotou spalování (2000°C), trvalou teplotou výfukových plynů (700-800°C) na straně jedné proti chladící kapalině (30-95°C) na straně druhé.
Hlavy dělíme na:
a) společné pro všechny válce nacházejí využití v automobilových motorech (zkracují rozteč válců, umožňují uložení vačkového hřídele u ventilových rozvodů OHC, snižují počet hlavových šroubů a snižují hmotnost).
Nevýhodou je vyšší náročnost odlitku z hlediska přesnosti polohy kanálů vůči osám válců.
b) Společné pro 2-3 válce se používají větších automobilových motorů s rozvody OHV s cílem stavebnicového vytváření unifikované řady motorů s odlišným počtem válců v řadovém i vidlicovém uspořádání .
c) Jednotlivé hlavy pro každý válec. U velkých motorů i automobilových s rozvodem OHV (eventuelně vzduchem chlazených) a vysokým stupněm unifikace. Nevýhodou je prodlužování délky u řadových motorů, zvýšený počet šroubů, vyšší hmotnost.
Hlava váců je nosičem ventilů, sedel, sacích a výfukových kanálů, vstřikovače s tryskou, zapalovací a žhavící svíčky.
Vzájemné uspořádání těchto všech součástí v hlavě je konstrukčním problémem, neboť jen optimální
rozmístění může splňovat jak funkci, tak i spolehlivost se životností (dimenzování s vhodným chlazením). Zde nastává obvykle kompromis mezi funkcí procesu a spolehlivou konstrukcí. Kompromis představuje např. změnu polohy os ventilů v řádech +- 0,5mm a místní deformaci průřezu kanálů (aerodynamika) ve prospěch
spolehlivého chlazení kritického místa můstku mezi vstřikovačem (zapalovací svíčkou) a sedlem výfukového ventilu.
2
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ HLAVY VÁLCŮ
Přívod a odvod chladící kapaliny je pro každou hlavu proveden samostatně. To vytváří ideální podmínky pro
sofistikovaný průtok hlavou. Vstupy jsou z prostoru příslušného válce a velikost kruhového průřezu v těsnění mezi blokem a hlavou rozdělují množství chladící kapaliny:
2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 2
70% 25%
5%
• Hlavní přívod 60-70% je směřován do kritického místa (můstek mezi vstřikovačem a sedlem výfukového ventilu
•Vedlejší přívod 20-25% je proveden pod výfukový kanál s podpořením chlazení sedla výfukového ventilu
•Zbytek 5-10% slouží k odvzdušnění odlehlé partie pod sacím kanálem
25%
70%
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ HLAVY VÁLCŮ
V řezech jsou patrná kritická místa a směr vtoku chladiva
2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ SCH
KRITICKÁ MÍSTA PRO CHLAZENÍ
• mezi sedlem výfukového ventilu a vstřikovačem, nebo svíčkou
• mezi sedly ventilů navzájem
Kolem sedel výfukových i sacích ventilů vždy chlazení kolem dokola (rovnoměrná teplota po obvodě zabezpečuje
rovnoměrné deformace, které nezpůsobují uvolňování sedel)
ŠPATNÉ PROVEDENÍ
SPRÁVNÉ PROVEDENÍ
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ 4-VENTILOVÉ HLAVY VÁLCŮ
Chladící kapalina vstupuje do hlavy válce z bloku 4 otvory stejné dimenze do spodního chladícího prostoru a průtok je směřován kolem sedel do středu ke vstřikovači. Zde kolem vstřikovače je jediný průchod do horního patra chladícího prostoru hlavy. Zde je kapalina vedena kolem nálitků vodítek ventilů k
výstupnímu otvoru navazujícího na sběrné potrubí.
směr toku chladící kapaliny Vysvětlivka:
6
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ 4-VENTILOVÉ HLAVY VÁLCŮ
Obdobná varianta s odlišným uspořádáním kanálů
2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 6
směr toku chladící kapaliny Vysvětlivka:
KONSTRUKCE 4-VENILOVÉ HLAVY VÁLCŮ
8 ____________________________________________________________________________________________
2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D.
CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2 VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ
Pískové jádro vodního prostoru hlavy
____________________________________________________________________________________________
CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2
VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ
10
SPECIFIKA CHLAZENÍ HLAVY VÁLCŮ
Prioritní je odvod tepla z výfukového ventilu, jako nejvíce tepelně zatíženému dílu hlavy válců (od hořící palivové směsi a při odvodu spalin výfukovým kanálem).
Odvod tepla přes kontakt:
• stykový v sedle
• kluzný ve vedení dříku
Kluzný kontakt
Vedení dříku
Sedlo
____________________________________________________________________________________________
2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D.
Příklad 4-ventilového správného provedení chlazení v nálitku kluzného vedení dříku ventilu
SPECIFIKA CHLAZENÍ HLAVY VÁLCŮ
Příklad 4-ventilového nesprávného provedení chlazení v nálitku kluzného vedení dříku ventilu.
Maximalistický stupeň rozměrové unifikace kanálu sacího s výfukovým vč. sedel, vodítek, ventilů za cenu zhoršení pracovních funkcí (aerodynamiky, odvodu tepla u z
výfukového ventilu – v označených částech) a spolehlivosti (váznutí výfukového ventilu následkem zvýšené tvorby karbonu ve vedení ventilu)
2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ 12
VÝFUKOVÉ VENTILY:
• Bimetalické - dřík svařen s hlavou, která je z vysoko legované ocel (CrSi, CrMoV, CrMnNi, Ni –Nimonic)
• Těsnící plocha hlavy se sedlem se opatřuje návarem tvrdokovu (stelit) – snížení opotřebení
• Duté ventily plněné sodíkem pro zlepšení odvodu tepla. Sodík již při teplotě 100°C zkapalní a vyplní dutinu jen z poloviny. Pohyb dusíku vytváří
„shaker“ efekt a intenzivně přenáší teplo z hlavy do dříku
Talíř
Klínky Dřík
Stírátko oleje Vodítko
Stírací hrana
Sedlo
Hlava
ČÁSTI VENTILŮ
SEDLA VENTILŮ
Dnes standardně u všech hlav z AL i litiny. Materiál (legovaná litina Cr,Mo; ušlechtilá ocel CrNi) odolnost proti opotřebení (zaklepávání).
Rozměry: t = (0,08 – 0,15) d1 v = (0,18 – 0,25) d1
s = (0,0015 – 0,003) d2 v
d1 s (přesah)
d
Sedlo se vkládá s přesahem (zmražené dusíkem), spojení s hlavou musí být v celé ploše pro účinný odvod tepla.
Při deformaci způsobené nerovnoměrně rozloženou teplotou dochází k uvolnění. Sklon dotykové plochy s ventilem 30-45°
VÝFUK SÁNÍ
2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ SCH
VODÍTKA VENTILŮ
Slouží k vedení ventilu, středí talíř ventilu do sedla, odvádí teplo z dříku ventilu a zabraňuje uniku oleje podél dříku.
Délka (6 – 8) dříku , umístění co nejblíže k talíři.
Vodítko je zalisováno do hlavy.
Vůle ve vedení ventilu (mezi dříkem a vnitřním průměrem vodítka) závisí na teplotním zatížení ventilu. Doporučené hodnoty jsou pro:
sací ventil
výfukový ventil
0 , 046 5 , 5 0 , 025 025 , 0 5 , 6 04
, 0
s s
s s
výf sán
U výfukového ventilu se ve spodní části vedení (zasahujícího do proudu výfukových plynů) se vůle zvětšuje obvykle válcovým odlehčením, aby ventil nevázl. Osazení na ventilu, které předbíhá odlehčení o m vyškrabuje usazeniny karbonu, vzniklé nadbytečným průnikem mazacího oleje.
Mazání musí být přiměřené, snížení se dosáhne použitím stírátek, které břitem regulují množství oleje.
Materiál: litina, legovaná litina
Neúměrné zvyšování vůle ventilu ve vodítku ovlivňuje negativně nárůst teploty ventilu (snížením odvodu tepla ve vodítku). Např. zvětšení z 0,1mm na 0,2mm znamená zvýšení teploty talíře ventilu o 100°C.
