Функция головки блока цилиндров заключается в герметизации цилиндра, образовании камеры сгорания совместно с поршнем и выдерживании воздействия высокотемпературного и высоконапорного газа. Головка блока цилиндров подвергается механическим нагрузкам, вызванным газовыми силами и затягиванием болтов цилиндра, а также высоким термическим нагрузкам из-за контакта с высокотемпературным газом. Для обеспечения хорошей герметизации цилиндра головка блока цилиндров не должна быть повреждена или деформирована. По этой причине головка блока цилиндров должна обладать достаточной прочностью и жесткостью.
Функция головки цилиндра заключается в герметизации газа, образовании камеры сгорания вместе с поршнем и выдерживании воздействия газа высокой температуры и высокого давления. Рабочее состояние головки цилиндра:
1) Головка блока цилиндров подвергается воздействию высокой температуры и газа под высоким давлением, что приводит к значительному усилию предварительной затяжки болтов и высокому механическому напряжению.
(2) Конструкция головки блока цилиндров сложная, а температурное поле сильно неравномерно, что приводит к высокому термическому напряжению. В тяжелых случаях это может привести к трещинам и общей деформации головки блока цилиндров.
Поэтому требования к конструкции головки блока цилиндров следующие:
(1) Иметь достаточную жесткость и прочность, с минимальной деформацией в процессе эксплуатации, обеспечивающую герметичность.
(2) Разумно расположите камеру сгорания, клапаны и воздушные каналы, чтобы обеспечить работоспособность двигателя.
(3) Хорошая обрабатываемость, максимально равномерное температурное поле, снижение термического напряжения и предотвращение явления термического растрескивания.
Головки цилиндров обычно отливаются из высококачественного серого чугуна или легированного чугуна, в то время как в бензиновых двигателях, используемых в автомобилях, часто используются головки цилиндров из алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав обладает хорошей теплопроводностью, что благоприятно сказывается на улучшении степени сжатия двигателя. Во-вторых, он обладает отличными литейными характеристиками и подходит для литья деталей со сложной структурой. Но необходимо уделять внимание охлаждению головки цилиндров из алюминиевого сплава и контролировать температуру ее нижней плоскости ниже 300 градусов. В противном случае перегрев нижней плоскости приведет к пластической деформации и короблению.
Головка блока цилиндров представляет собой коробчатый компонент со сложной структурой. На ней имеются отверстия для седел впускных и выпускных клапанов, направляющие отверстия клапанов, отверстия для крепления свечей зажигания (для бензиновых двигателей) или отверстия для крепления инжектора. Также имеются водяные рубашки, впускные и выпускные отверстия, а также камеры сгорания или части камеры сгорания, отлитые внутри головки блока цилиндров. Если распределительный вал установлен на головке блока цилиндров, на головке блока цилиндров также имеются обработанные отверстия для подшипников кулачков или седла подшипников кулачков и их смазочные масляные каналы.
Головка блока цилиндров двигателей с водяным охлаждением имеет три структурные формы: интегральную, сегментированную и монолитную. В многоцилиндровом двигателе, если все цилиндры имеют одну и ту же головку блока цилиндров, головка блока цилиндров называется интегральной головкой блока цилиндров; Если на каждые два цилиндра приходится одна головка или одна головка на каждые три цилиндра, то головка блока цилиндров является сегментированной головкой блока цилиндров; Если на каждый цилиндр приходится одна головка, то это головка блока цилиндров одинарного типа. Все двигатели с воздушным охлаждением имеют одну головку блока цилиндров.