Głowica cylindra jest częścią zapewniającą górne zamknięcie cylindra (cylindrów) i grupującą pewne funkcje silnika z tłokiem posuwisto-zwrotnym. W wielu typach silników znajdują się tam zawory dolotowe i wydechowe. Jego kształt i właściwości są zawsze ściśle związane z ewolucją silników, a w szczególności zdeterminowane przez rodzaj dystrybucji i kształt komory spalania. Aby uzupełnić, niektóre (rzadkie) silniki nie mają głowicy cylindrów, na przykład przeciwstawne silniki tłokowe .
Niektóre z najwcześniejszych silników samochodowych były wyposażone w głowicę cylindrów oddzieloną od bloku cylindrów . Jednak większość producentów preferuje konstrukcję z głowicą cylindra zintegrowaną z blokiem cylindrów. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać bardziej wytrzymały montaż i eliminuje wszelkie problemy z uszczelnieniem. Układ sterowania zaworami, często umieszczony poza głowicą cylindrów, jest wystawiony na działanie powietrza, dzięki czemu korzysta z dobrego chłodzenia i ułatwia ich konserwację.
Zastosowanie zdejmowanej głowicy cylindrów eliminuje korki i umożliwia dokładniejsze badanie kształtu komory spalania w celu poprawy wydajności. Głowica cylindra zaprojektowana przez Ricardo około 1920 roku była kluczowa dla konstrukcji większości ówczesnych silników. Zachowując zawory boczne, osiąga stosunkowo wysoki stopień sprężania i dobrą turbulencję.
Jest to złożona część, wykonana z żeliwa lub stopu aluminium zwykle otrzymywanego przez odlewnię, która najczęściej składa się z silnika czterosuwowego :
Natomiast w zależności od typów silników i wybranych technologii obsługuje następujące urządzenia:
W silniku dwusuwowym i wszystkich innych zaworach bez zaworów głowica cylindra jest na ogół bardzo prostą częścią, mającą tylko jeden otwór na świecę zapłonową .
Głowica cylindra zamyka górną część cylindrów, tworząc w ten sposób komory spalania. Zwykle jest montowany do bloku cylindrów za pomocą śrub lub kołków. Pomiędzy głowicą a blokiem cylindrów umieszczona jest uszczelka głowicy . W silnikach wyposażonych w ślepe cylindry głowica cylindra jest na stałe połączona z cylindrem (lekkie samolotowe silniki tłokowe, np. Lycoming i Teledyne Continental ) lub nawet odlewana w jednym kawałku z cylindrami (np. silniki Bugatti ).
W nowoczesnych silnikach samochodowych pojedyncza głowica cylindra na rząd cylindrów stanowi górną część silnika. Z drugiej strony, w chłodzonych powietrzem silnikach lotniczych i dużych ciężarówkach z silnikiem Diesla do ciężkich, stacjonarnych i morskich pojazdów, o ile dystrybucja znajduje się z boku w bloku cylindrów, a nie na głowicy cylindrów, każdy cylinder ma własną głowicę cylindrów (tak jest również w przypadku Citroëna 2CV ) mniej wrażliwe na odkształcenia linii podziału i ułatwiające konserwację.
Głowice cylindrów poddawane są silnym naprężeniom mechanicznym, chemicznym i termicznym. Są one starannie chłodzone przez duże komory wodne (lub żebra, jeśli silnik jest chłodzony powietrzem), które otaczają komory spalania i kanały wydechowe. Przejścia w linii podziału łączą te komory wodne z komorami bloku cylindrów i ogólnym obwodem chłodzenia silnika. Olej dociera do dystrybucji pod ciśnieniem przez przewody smarujące, które często przechodzą przez linię podziału.
W badaniu głowicy przeznaczonej do nowoczesnego silnika spalinowego brane są pod uwagę trzy główne cele: dobra sprawność, bardzo niski poziom zanieczyszczeń oraz bardzo niska cena. Te trzy cele nie zawsze są kompatybilne.
Kształt i nachylenie kanałów wlotowych i wylotowych są zaprojektowane tak, aby wytworzyć jak największe turbulencje w komorze spalania, nie zmniejszając jednak prędkości wprowadzania gazów, a tym samym szybkości napełniania. Szczególną uwagę należy zwrócić na to, aby przekrój przewodów zachował stałą średnicę na całej długości lub domyślnie znikomy stożek. Wymiary i kształt komory spalania zależą od stosunku skoku do otworu.
Powierzchnia zaworu wydechowego powinna generalnie wynosić około 60 do 80% powierzchni zaworu wlotowego. Ponieważ prawie cała dostępna przestrzeń komory wybuchowej jest wykorzystywana do umieszczenia zaworów w najlepszych warunkach, pozostaje tylko bardzo mały margines na świecę zapłonową, którą należy umieścić, szczególnie biorąc pod uwagę jej dostępność, do demontażu.
Kształt komory uwarunkowany jest wymaganiami obróbczymi oraz potrzebą oszczędności w jej produkcji. Szczególną uwagę należy zwrócić na badania rur chłodzących, aby uprościć obróbkę okładzin wewnętrznych, a także uzyskać wydajną wymianę ciepła i uniknąć tworzenia się gorących punktów w głowicy cylindrów. Te same rozważania dotyczą badania kanałów smarowania wahaczy i łożysk górnego wałka rozrządu. . Olej jest zawracany do skrzyni korbowej wzdłuż kołków mocujących głowicy cylindrów lub przez specjalne rury odbiorcze.
Głowica cylindrów ma tylko układ chłodzenia, a układ zapłonowy lub wtryskowy, zawory i wałki rozrządu znajdują się w bloku silnika. Ostatni przykład: pierwszy silnik 1000 cm 3 z renault juvaquatre .
KorzyściZawory znajdują się w głowicy, wałek rozrządu w bloku silnika. Wałek rozrządu naciska na drążki wahacza, które naciskają na wahacze, te ostatnie uruchamiają zawory, kołysząc się na swoich osiach. Przykład: silnik Renault 4 Cléon-Fonte
KorzyściZawory znajdują się w głowicy cylindrów, również w wałku rozrządu, zawory są uruchamiane przez wahacze.
KorzyściZawory znajdują się w głowicy cylindrów, wszystkie wyrównane (wlotowy i wydechowy) tuż pod wałkiem rozrządu. To steruje nimi za pomocą prostych przycisków wyposażonych w systemy regulacji luzu (regulacja hydrauliczna, klin, śruba lub inne).
KorzyściZawory znajdują się w głowicy, wloty z jednej strony, wydechy z drugiej. Nad każdym rzędem zaworów 1 wałek rozrządu, który bezpośrednio steruje zaworami za pomocą popychacza lub małego wahacza.
KorzyściW języku angielskim mówimy Double Overhead Camshaft , co wyjaśnia akronim DOHC widoczny na niektórych motocyklach.
W silnikach motocyklowych, podczas gdy Honda CB 450 była w nią wyposażona pod koniec lat 60., prestiżowy piec CB 750 z 1969 r. miał pojedynczy wał. Dopiero po Kawasaki 900 Z1 w 1973 roku jego zastosowanie zaczęło być powszechnie stosowane w handlu z czterema cylindrami.
Głowice cylindrów wykonane są z żeliwa lub stopu aluminium. W nowoczesnych silnikach na ogół preferowane są stopy lekkie ze względu na ich znaczne zalety w zakresie redukcji masy lub ich doskonałe właściwości topienia i przenoszenia ciepła. W przypadku głowic cylindrów ze stopów lekkich stosuje się prowadnice zaworów z brązu, które lepiej dostosowują się do rozszerzeń. Gniazda zaworów wykonane są z żeliwa lub stali i wciskane na miejsce, z ewentualnym dodatkiem materiału odpornego na wysokie temperatury i korozję.
Wsporniki dystrybucyjne są zazwyczaj wytwarzane w procesie odlewania ciśnieniowego, co umożliwia wytwarzanie części o doskonałym wykończeniu o bardzo cienkich ściankach. Dolną część głowicy cylindra uzyskuje się przez odlewanie skorupowe lub rzadziej przez odlewanie w formach piaskowych; jest wykonany z żeliwa, którego skład jest dostosowany do materiału użytego na zawory, aby uniknąć ryzyka zatarcia.
Światowym liderem w produkcji głowic cylindrów jest firma Montupet , wcześniej zarządzana przez Stéphane'a Magnana , a od 2016 roku należąca do kanadyjskiej grupy LINAMAR.