Cilindarska glava Zadatak koji treba da ostvari cilindarska glava je: - da zatvori cilindre sa strane suprotne suprotne koritu motora i tako zajedno sa klipom i cilindrom formira prostor za sagorevanje, sagorevanje, - da obezbedi obezbedi smeštaj svecica svecica (brizgaljki kod dizel motora), motora), - da smesti sve komponente razvodnog razvodnog mehanizma, mehanizma, - da prihvati sve komponente komponente usisnog usisnog i izduvnog kolektora. kolektora. zra!uje se livenjem od legiranog sivog liva ili aluminijumskih legura, a vrlo retko od legiranog "elika. #ovršina kojom cilindarska glava nale$e na cilindarski blok kvalitetno se obraduje u cilju dobijanja potpunijeg naleganja. Za pouzdano vezivanje za cilindarski blok u oblasti površine naleganja izra%uje se pove%ane debljine, što joj pove%ava krutost. &a druge strane cilindarska glava prihvata elemente razvodnog mehanizma. mehanizma. 'lementi usisnog usisnog i izduvnog kolektora kolektora prihvataju se se obi"no bo"nim stranama cilindarske glave. ipi"an ipi"an izgled cilindarske glave za indirektno hla!ene motore daje se na slede%oj slici.
polo$aj cilindarske glave i bloka
ilindarska glava u toku rada je izlo$ena:
- optere%enjima od sila prethodnog pritezanja vijaka za vezu *pr , - optere%enima od sila pritiska gasova *g , - zbog neravnomernog stepena zagrejanosti izlo$ena je toplotnim deformacijama i naprezanjima usled njih, - pri nedovoljnom hla!enju u toplotno najoptere%enijim delovima mogu se pojaviti i pukotine (deo izme!u ventila), - toplotne deformacijije cilindarske glave mogu da izazovu gubitak zaptivenosti prostora za sagorevanje.
+onstrukcija cilindarske glave treba da zadovolji:
- odgovaraju%i oblik prostora za sagorevanje sposoban za organizaciju procesa obrazovanja smeše i njeno sagorevanje, - odgovaraju%i oblik usisnog i izduvnog kolektora koji %e obezbediti kvalitetnu izmenu radnog tela, - pouzdano zaptivanje sa cilindarskim blokom, usisnim i izduvnim kolektorom i ostalim elementima motora, - da omogu%i prihvatanje svih potrebnih elemenata i podsistema motora (sve%ice, brizgaljke, oslonaca bregastog vratila, ventila, sistema za hla!enje, napajanje, paljenje i sl.).
blik cilindarske glave zavisi od toga da li je razvodni mehanizam sa vise%im ili sa stoje%im ventilima. ilindarska glava motora sa stoje%im ventilima je prostije konstrukcije, pošto se u njoj nalaze samo otvori za sve%icu ili brizgaljku i kanali za protok rashladne te"nosti. +anali za dovod sve$e smeše i odvod produkata sagorevanja nalaze se u cilindarskom bloku.
+onstrukcija cilindarske glave zavisi i od oblika prostora (komore) za sagorevanje. #rostor za sagorevanje sa vise%im ventilima je kompaktniji i obezbe!uje bolje punjenje cilindra u odnosu na prostor sa stoje%im ventilima. blik prostora za sagorevanje direktno uti"e na kvalitet obrazovanja smeše, proces sagorevanja, pa i na veli"inu stepena sabijanja. #rema kompaktosti prostori za sagorevanje mogu biti: - jedinstveni, - podeljeni. edinstven prostor za sagorevanje je kompaktan ("ine jednu celinu) i nalazi se najve%im delom u cilindarskoj glavi. #odeljeni prostor za sagorevanje sastoji se od osnovnog i dopunskog. snovni prostor za sagorevanje predstavlja onaj prostor koji se nalazi izme!u "ela klipa i donje površine cilindarske glave. opunski prostor za sagorevanje je povezan sa osnovnim posredstvom jednog ili više kanala i nalazi se u cilindarskoj glavi. +od motora sa prinudnim paljenjem smeše obi"no se susre%e jedinstveni prostor, dok se kod motora sa paljenjem smeše posredstvom njenog visokog stepena sabijanja (samopaljenjem) mo$e da koristi kako jedinstveni tako i podeljeni prostor za sagorevanje. / oba slu"aja oblik prostora za sagorevanje mo$e biti razli"it, a što zavisi od njene orjentacije u odnosu na uzdu$nu osu cilindra, broja i polo$aja ventila, polo$aja sve%ice (brizgaljke), polo$aja kanala usisnog i izduvnog kolektora i sli"no. 0a slede%oj strani su dati neki od jedinstvenih oblika prostora za sagorevanje.
#odeljeni prostori za sagorevanje susre%u se kod nekih konstrukcija dizel motora, pri "emu se dopunski prostor (komora) smešta u cilindarsku glavu. 1esto se takvi motori nazivaju i komorni motori. / komori se nalazi brizgaljka za gorivo i greja" kojim se zagrejava sve$a smeša pri startovanju hladnog motora. #olo$aj greja"a treba da je takav da ne smeta mlazu pri ubrizgavanju goriva. /brizgavanje goriva se izvodi u komoru pod relativno niskim pritiskom (oko 233 bar) i u jednom mlazu, rasprašuje i intezivno meša sa vazduhom. &meša goriva i vazduha se pali, nastali produkti sagorevanja se šire i istiskuju delimi"no sagorelu smešu velikom brzinom kroz spojne kanale u osnovni prostor za sagorevanje. / osnovnom prostoru, uz prisustvo jake turbulencije delimi"no sagorela smeša se meša sa vazduhom i sagoreva do kraja. #rema obliku dopunskog prostora (komore) razlikuju se: - motori sa predkomorom, - motori sa vihornom komorom.
#olo$aj predkomore u cilindarskoj glavi je takav da je ona usmerena prema sredini osnovnog prostora za sagorevanje i ima zapreminu oko 45 67 238 od kompresione zapremine. +od nekih konstrukcija predkomornih motora u predkomori se postavlja i posebna prepreka u koju udara mlaz goriva, razbija se i vrši efikasnije mešanje sa vazduhom. /sled kvalitetno obrazovane smeše dobro je iskoriš%enje vazduha, motor radi sa malim koeficijentom sadr$aja vazduha, izvodi se potpuno sagorevanje pa je mali sadr$aj toksi"nih komponenti u produktima sagorevanja. 9ihorna komora je skoro loptastog oblika i postavlja se u cilindarsku glavu sa strane, a sa osnovnim prostorom za sagorevanje se povezuje tangencijalnim kanalom, koji je usmeren prema sredini klipa. Zapremina vrtlo$ne komore je oko 538 od kompresione zapremine. #ri prestrujavanju delimi"no sagorele smeše u cilindar stvara se jak vrtlog. a bi se obrazovala kvalitetna smeša i izvršilo potpuno sagorevanje potrebno je izvršiti usaglašavanje izmedu oblika komore, polo$aja brizgaljke i polo$aja greja"a. #rimenjiva je za brzohode motore uz mali koeficijent sadr$aja vazduha
+od komornih motora bitno je zapaziti da: - oblik usisnog kolektora, brzina i oblik strujanja sve$e smeše u njemu,i brzina ulaska sve$e smeše u cilindar nemaju uticaja na karakter strujanja u komori, - po"etak procesa sagorevanja po"inje u komori koja je odvojena od cilindra, - pri prestrujavanju delimi"no sagorele smeše iz komore u cilindar u cilindru nastaje intezivan vrtlog (zbog "ega i nema potrebe za stvaranje vrtlo$nog kretanja sve$e smeše pri ulasku u cilindar).
+od dizel motora koji imaju jedinstven oblik prostora za sagorevanje vrši se ubrizgavanje goriva direktno u cilindar pod vrlo visokim pritiskom (i do 4333 bar ) sa nekoliko mlazeva (2 do ). brazovanje smeše i proces sagorevanja zapo"inje i završava se u cilindru. a bi se obrazovala kvalitetna smeša potrebno je kao i kod komornih motora stvoriti vrtlo$no kretanje sve$e smeše u cilindru. edini mogu%i nacin stvaranja vrtlo$nog kretanja u cilindru je posredstvom unapred odre!enog na"ina ustrujavanja sve$e smeše u cilindar, a što se definiše odgovaraju%im oblikom usisnog kolektora (uslo$njava se konstrukcija cilindarske glave) i izvo!enjem komora u "elu klipa (uslo$njava se konstrukcija klipa).
anas postoje dva prilaza pri oblikovanju usisnog kolektora:
- uzdu$na osa usisnog kolektora se izvodi u obliku spirale (vrtlo$ni kolektor), - osa usisnog kanala ulazi u cilindar tangencijalno (tangencijalni kolektor).
/ oba slucaja sve$a smeša ulazi u cilindar sa ve% zapo"etim (iniciranim) vrtlo$nim kretanjem. &abijanjem sve$e smeše incijalni vrtlog se ubrzava, "ime se vrši efikasnije razbijanje mlazeva ubrizganog goriva, a time i potpunije mešanje goriva i vazduha. & obzirom da svaka kapljica predstavlja samostalan izvor zapaljenja (kod dizel motora), to dobra njihova izmešanost sa vazduhom je vrlo va$na za brzo upaljenje i potpuno sagorevanje.
#unjenje cilindra je bolje kod tangencijalno izvedenog kanala usisnog kolektora, ali je njegova izrada proizvodno slo$enija u odnosu na vrtlo$ni kanal (manje dozvoljene neta"nosti pri livenju), pa zato se obi"no daje prednost vrtlo$nom kanalu. ;e!utim, najnovije tedencije idu u pravcu umanjenja vrtloga, jer su ispitivanja pokazala da sa pove%anjem vrtloga raste snaga i obrtni moment motora, ali raste i sadr$aj toksi"nih komponenti u izduvnim gasovima, naru"ito azotovih oksida 0< . &tvaranje suviše malih vrtloga, sa druge strane dovodi do nepotpunog sagorevanja i porasta "a!i u izduvnim gasovima. 1esto se kod dizel motora sa direktnim ubrizgavanjem primenjuju dva kanala u usisnom kolektoru. edan od tih kanala se izvodi kao vrtlo$ni, a drugi kao tangencijalni. 9rtlo$nim kanalom se stvara dobar vrtlog u cilindru pri manjem protoku vazduha, dok se posredstvom tangencijalnog kanala ostvaruje bolje punjenje pri ve%im brojevima obrtaja. Zatvaranjem tangencijalnog kanala pri manjim brojevima obrtaja vazduh ulazi samo jednim kanalom sa pove%anom brzinom strujanja, pa je zbog toga ja"i i vrtlog u cilindru. angencijalni kanal se otvara kada je potreba za ve%im punjenjem cilindra. /pravljanjem otvorenosti i zatvorenosti pojedinih kanala mo$e se posti%i optimalno vrtlo$enje vazduha u cilindru, a što je poznato pod nazivom regulacija vrtloga.
#ri upore!ivanju dizel motora sa podeljenim i jedinstvenim prostorom za sagorevanje, motori sa podeljenim prostorom imaju slede%e prednosti:
- nisu osetljivi na kvalitet goriva (temperatura u komori je jako visoka, pa je mali period zakašnjenja paljenja), - maksimalni pritisak p ma< je relativno nizak uz mali stepen porasta pritiska dp=d a , a što nastaje usled visokih temperatura i nedostatka kiseonika u komori, pa se molekule goriva cepaju na teško upaljive ugljovodonike koji sporo sagorevaju i nastaje tzv. meko sagorevanje, odnosno mek rad motora, - rad motora je pra%en sa znatno manjom bukom zbog njegovog mekog rada, - ubrizgavanje se izvodi pod znatno ni$im pritiscima (oko 233 bar ), što umanjuje optere%enje pumpe visokog pritiska, cevovode visokog pritiska i brizgaljke, - brizgaljka se izvodi kao brizgaljka sa "epom ("epom se otvara i zatvara otvor brizgaljke i ubrizgavanje je u jednom mlazu), koja se sama "isti i nema opasnosti od za"epljenja, - kod usisnih motora punjenje cilindra je bolje, jer nema potrebe za izvo!enjem vrtlo$nog kretanja sve$e smeše.
0edostaci motora sa podeljenim prostorom za sagorevanje su:
- veca specifi"na potrošnja goriva koja je nastala usled gubitaka koji se pojavljuju pri prestrujavanju radnog tela iz komore u osnovni prostor za sagorevanje i pove%anih toplotnih gubitaka usled ve%e dodirne površine izme!u radnog tela i prostora za sagorevanje, - velikog toplotnog optere%enja na izlazu iz komore u cilindar, a zbog udara sa velikom brzinom vrelih gasova o klip i do toplotnog optere%enja klipa, - ote$ano startovanje hladnog motora, pa je potrebna ugradnja u komoru i posebnog zagreja"a uz nešto ve%i i stepen sabijanja (za 2 67 > jedinice).
#ri visokim toplotnim optere%enjima dopunski prostor za sagorevanje (komora) mo$e da se izra!uje dvodelnom. bi"no se gornji deo komore izra!uje izjedna sa cilindarskom glavom, a donji deo koji sadr$i spojne kanale posebno od vatrootpornog "elika. Za umanjenje toplotnog optere%enja cilindarske glava u zonama najve%e toplotne optere%enosti (oko sve%ica, brizgaljki, greja"a, spojnih kanala podeljenog prostora za sagorevanje, izduvnih ventila) formiraju se posebni kanali za rashladnu te"nost. +od cilindarskih glava od sivog liva stepen zagrejanosti površine prostora za sagorevanje je oko 253 3 , a razlika izmedu pojedinih delova mo$e biti i do ?53 3 , sa temperaturnim gradijentom @ 67 ?3 += mm .
Za forsirane motore se cilindarska glava izra!uje od aluminijumskih legura, koje poseduju dobru toplotnu provodljivost. ;aksimalni stepen zagrejanosti površina prostora za sagorevanje je oko 433 3 , a razlike izme!u pojedinih delova mogu biti i do @3 3 , sa temperaturnim gradijentom ?.5 67 4 += mm . Ainijski motori sa indirektnim hla!enjem kao po pravilu imaju jedinstvenu cilindarsku glavu za sve cilindre (pojednostavljuje se proces izrade livenjem). 9išeredni motori imaju po jednu cilindarsku glavu za svaki red. ;e!utim susre%u se kod forsiranih motora i konstruktivne izvedbe sa pojedina"nim (individualnim) cilndarskim glavama za svaki cilindar. ndividualne cilindarske glave obezbe!uju ve%u eksploatacionu pouzdanost jer: - omogu%avaju pouzdanije zaptivanje izme!u cilindarske glave i bloka, - olakšavaju monta$no-demonta$ne radove pri proizvodnji, remontu i eksploataciji, - isklju"uje se uticaj susednih cilindara na zaptivenost.
