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. 2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ 1
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: 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 5% Zbytek 5-10% slouží k odvzdušnění odlehlé partie pod sacím kanálem 70% 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 25% 2
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ HLAVY VÁLCŮ V řezech jsou patrná kritická místa a směr vtoku chladiva 70% 25% 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 3
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 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ SCH
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. Vysvětlivka: 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ směr toku chladící kapaliny 5
CHLAZENÍ SAMOSTATNÉ 4-VENTILOVÉ HLAVY VÁLCŮ Obdobná varianta s odlišným uspořádáním kanálů Vysvětlivka: 2008/2009 směr toku chladící kapaliny Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 6
KONSTRUKCE 4-VENILOVÉ HLAVY VÁLCŮ 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 7
CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2 VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ 2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D. 8
CHLAZENÍ SPOLEČNÉ HLAVY PRO 2 VÁLCE 2-VENTILOVÉHO PROVEDENÍ Pískové jádro vodního prostoru hlavy 2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D. 9
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 Příklad 4-ventilového správného provedení chlazení v nálitku kluzného vedení dříku ventilu 2011- Liberec prof. Ing. Celestýn Scholz, Ph.D. 10
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) 2008/2009 Pístové spalovací motory_8_ SCHOLZ 11
VÝFUKOVÉ VENTILY: ČÁSTI VENTILŮ 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 2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ 12
SEDLA VENTILŮ Dnes standardně u všech hlav z AL i litiny. Materiál (legovaná litina Cr,Mo; ušlechtilá ocel CrNi) odolnost proti opotřebení (zaklepávání). v d1 d s (přesah) Rozměry: t = (0,08 0,15) d1 v = (0,18 0,25) d1 s = (0,0015 0,003) d2 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 2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ SÁNÍ 13
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 s 0,04 s 6,5 0,025 sán výfukový ventil svýf 0,046 s 5,5 0,025 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. 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 2011/2012 Pístové spalovací motory - SCHOLZ SCH