Podstawowe zadania kadłubów i głowic silników - część 2
Rozwiązania konstrukcyjne głowicy oraz kadłuba współzależą od siebie. Już w fazie projektowania należy nadać im taki kształt, aby charakteryzowały się wystarczającą sztywnością.
Głowica w większości przypadków służy do zamknięcia od góry komory spalania. Podobnie jak kadłub, jednoczy także elementy mechanizmu układu rozrządu oraz jego napędu od wału korbowego. Stanowi bazę do zamocowania wielu części osprzętu silnika, oraz musi zapewnić odpowiedni transport czynnika chłodzącego i smarującego.
Przeważnie w silnikach rzędowych wielocylindrowych stosuje się jedną głowicę, która nakrywa wszystkie cylindry. Czasem jednak występuje kilka głowic, gdzie każda z nich obejmuje dwa lub więcej cylindrów. W silnikach chłodzonych powietrzem każdy cylinder nakryty jest oddzielną głowicą, choć i od tej reguły bywają wyjątki.
Współczesne głowice silnikowe charakteryzują się zazwyczaj czterema zaworami na cylinder oraz umieszczeniem wału rozrządu nad górną płytą głowicy. Obie te cechy wymuszone są z jednej strony odpowiednim napełnianiem i opróżnianiem cylindrów, a z drugiej strony koniecznością zmniejszenia mas zespołów napędu zaworów. Biorąc dodatkowo pod uwagę fakt, że prędkości obrotowe rzędu 6 – 7 tys. obr./min. we współczesnych silnikach benzynowych są już standardem, głowice muszą zachować wystarczającą sztywność, przez co ich odlewy często są bardzo skomplikowane.
Głowica zwykle odlewana jest z żeliwa bądź stopu aluminium. Co prawda drugi z tych materiałów charakteryzują gorsze właściwości mechaniczne, ale za to znacznie lepsze własności przewodzenia ciepła, znacznie mniejsza gęstość i dobre właściwości odlewnicze. Te cechy zadecydowały o stosowaniu stopów aluminium do odlewania głowic.
Głowica musi w sobie zmieścić zarówno kanały wlotowe jak i wylotowe (zwykle po dwa na cylinder), przestrzenie którymi przepływa ciecz chłodząca, specyficzne nadlewy w górnej płycie do prowadzenia popychaczy zaworów, usytuowania gniazd świec zapłonowych, wtryskiwaczy, osadzenia wsporników łożysk wałów rozrządu (zwykle dwóch). Najbardziej obciążonym cieplnie miejscem są okolice kanałów wylotowych, a przede wszystkim punkt ich styku z kanałami wlotowymi, gdzie występują największe różnice temperatur.
Kanały dolotowe i wylotowe są starannie obliczane za pomocą metody elementów skończonych. Ich kształt i rozmieszczenie w żadnym razie nie są przypadkowe. W przypadku dwóch kanałów dolotowych, każdy z nich spełnia inną funkcję. Jeden wytwarza silne zawirowania lokalne, a drugi wprawa te zawirowania w ruch obrotowy wokół osi cylindra, spychając jednocześnie je w dół za przemieszczającym się tłokiem. Możliwe konfiguracje kanałów dolotowych i wylotowych przedstawiono na powyższym rysunku.
Ostatnim elementem głowicy wartym wspomnienia, są gniazda zaworowe. Ze względu na duży stopień obciążenia mogą być osadzane w głowicy na wcisk, zagniatane lub wkręcane w jej materiał po odlaniu. Na gniazda zaworowe stosuje się stal stopową z zawartością chromu do 0,3 proc., miedzi 2 proc., i po ok. 0,3-0,4 proc. krzemu i manganu. Ze stopu lekkiego wykonywane są także prowadnice zaworów.
