Введение

Компонент двигателя внутреннего сгорания

В поршневом двигателе головка цилиндра (также известная как "головка") располагается над цилиндрами, формируя крышу камеры сгорания. В двигателях с боковыми клапанами головка представляет собой простую металлическую пластину, содержащую свечи зажигания и, возможно, ребра охлаждения. В более современных двигателях с верхними клапанами и верхним распределительным валом головка представляет собой более сложный металлический блок, который также содержит впускные и выпускные каналы, а часто и каналы системы охлаждения, элементы газораспределительного механизма и топливные форсунки.

Количество голов цилиндров

У поршневого двигателя обычно имеется одна головка блока цилиндров на ряд цилиндров. Большинство современных двигателей с "рядной" компоновкой сегодня используют одну головку блока цилиндров, обслуживающую все цилиндры. Двигатели с "V-образной" или "оппозитной" компоновкой обычно используют две головки блока цилиндров (по одной для каждого ряда цилиндров), однако небольшое количество V-образных двигателей с "малым углом развала" (таких как двигатели Volkswagen VR5 и VR6) используют одну головку блока цилиндров, охватывающую оба ряда. Большинство радиальных двигателей имеют по одной головке на каждый цилиндр, хотя обычно это конструкция моноблока, где головка выполнена как единое целое с цилиндром. Это также распространено для мотоциклов, и такие компоненты головки/цилиндра называют гильзами. Некоторые двигатели, особенно дизельные двигатели средней и большой мощности, предназначенные для промышленного, морского применения, выработки электроэнергии и тяжелой тяги (большие грузовики, локомотивы, строительная техника и т.д.), имеют отдельные головки блока цилиндров для каждого цилиндра. Это снижает стоимость ремонта, так как неисправную головку на одном цилиндре можно заменить, вместо более крупного и дорогостоящего блока, включающего все цилиндры. Такая конструкция также позволяет производителям двигателей легко создавать "семейство" двигателей с различной компоновкой и/или количеством цилиндров, не требуя разработки новых конструкций головки блока цилиндров.

Двигатели с боковыми клапанами

В двигателе с боковым клапаном (нижнеклапанном) все компоненты газораспределительного механизма расположены внутри блока цилиндров, поэтому головка блока обычно представляет собой простую металлическую пластину, прикрепленную болтами к верхней части блока двигателя. Двигатели с боковым клапаном когда-то были широко распространены, но сейчас в значительной степени устарели и используются преимущественно в небольших двигателях, таких как газонокосилки, триммеры и бензопилы.

Впускная над выхлопными двигателями (IOE)

Двигатели с впуском над выхлопом (IOE) объединяли элементы конструкции с боковыми и верхними клапанами. Интенсивно использовавшиеся в американских мотоциклах в начале 1900-х годов, двигатели IOE оставались в производстве небольшими партиями до 1990-х годов. Двигатели IOE более эффективны, чем двигатели с боковыми клапанами, но при этом сложнее, крупнее и дороже в производстве.

Верхние двигатели (OHV и OHC)

В двигателе с верхним расположением клапанов (OHV) или верхним расположением распределительного вала (OHC) головка блока цилиндров содержит несколько каналов для прохождения воздушного потока, называемых портами. Впускные порты подают топливовоздушную смесь из впускного коллектора в камеру сгорания, а выпускные порты отводят отработавшие газы из камеры сгорания в выпускной коллектор. Клапаны открывают и закрывают эти порты, при этом впускные порты смещены относительно выпускных по продольной оси двигателя. В головке также расположены свечи зажигания, а в двигателях с водяным охлаждением – каналы для охлаждающей жидкости.

Двигатели с верхними клапанами (OHV)

Один распределительный вал, расположенный в блоке двигателя, использует толкатели и коромысла для привода всех клапанов. Двигатели OHV обычно более компактны, чем аналогичные двигатели OHC, и меньшее количество деталей снижает стоимость производства, но они в значительной степени уступили место конструкциям OHC, за исключением некоторых американских двигателей V8.

Двигатели с верхними гребными валами (OHC)

Двигатель с верхним распредвалом (OHC) располагает распредвал(ы) в головке блока цилиндров над камерой сгорания. Исключение толкателей уменьшает инерцию газораспределительного механизма и освобождает место для оптимизированной конструкции каналов, что в совокупности повышает потенциальную мощность. В двигателе с одним верхним распредвалом (SOHC) распредвал может быть расположен центрально между рядами клапанов или непосредственно над одним рядом клапанов (заменяя рычажный привод на толкатели). Двигатели SOHC были широко распространены с 1960-х по 1990-е годы (исключая толкатели, но сохраняя рычаги).

Двигатели с двумя верхними распредвалами (DOHC) располагают распредвал непосредственно над каждым рядом смещенных клапанов (впускные – ближе к центру, выпускные – ближе к периферии). Конструкция DOHC позволяет оптимально расположить клапаны для обеспечения более высоких оборотов. Как правило, они больше по размеру (особенно по ширине), чем эквивалентные двигатели OHV или SOHC. Несмотря на то, что большее количество компонентов увеличивает производственные затраты, двигатели DOHC получили широкое распространение в автомобильных двигателях с 1990-х годов.