Kadłuby i głowice

Kadłub wraz z głowicą stanowią obudowę zamykającą przestrzeń, w której mieszczą się główne ruchome elementy silnika - mechanizmy korbowy i rozrządu. Kadłub służy ponadto do zamocowania silnika na fundamencie lub w ramie pojazdu oraz stanowi podstawę do zamocowania osprzętu silnika. W czasie pracy silnika jego kadłub jest obciążony znacznymi siłami wywołanymi ciśnieniem gazów w cylindrach oraz siłami bezwładności ruchomych części silnika, a w szczególności mechanizmu korbowego. Siły występujące w kadłubie mogą wywołać w nim znaczne naprężenia i odkształcenia. Szczególnie niepożądane są odkształcenia łożysk, gdyż mogą powodować nieprawidłową pracę silnika i szybkie zużywanie jego części. Z tego względu kadłub silnika należy tak konstruować, aby występujące w nim naprężenia były jak najmniejsze. Kadłub silnika musi się odznaczać odpowiednią sztywnością, przy zachowaniu odpowiednio małego ciężaru. Żądaną sztywność kadłuba, a zwłaszcza jego dolnej części, tj. skrzyni korbowej, osiąga się za pomocą poprzecznych użebrowanych przegród. W zależności od wymiarów i przeznaczenia płaszczyzna podziału kadłuba - a ściślej, płaszczyzna styku kadłuba z miską oleju - może przechodzić przez oś wału korbowego lub poniżej tej osi. To drugie rozwiązanie w znacznym stopniu zwiększa sztywność kadłuba i dlatego znajduje zastosowanie w wielocylindrowych silnikach trakcyjnych. W wielu silnikach, zwłaszcza w silnikach dużej mocy, kadłub dzieli się na trzy części, a mianowicie: blok cylindrowy, skrzynię korbową, stanowiącą właściwy kadłub, i podstawę zamykającą skrzynię korbową. Kadłuby mniejszych silników jedno- oraz dwucylindrowych nie są dzielone. Nazywamy je kadłubami tunelowymi. Konstrukcja kadłuba powinna zapewniać łatwość jego obróbki. Ze względu na skomplikowaną budowę kadłubów niektórych silników warunek ten jest czasem trudny do spełnienia. Materiałem najczęściej stosowanym na kadłuby jest żeliwo szare lub żeliwo modyfikowane, tj. z niewielkim dodatkiem np. żelazo-krzemu. W silnikach małej mocy, zwłaszcza w silnikach trakcyjnych z zapłonem iskrowym, stosuje się kadłuby ze stopów lekkich.
W zależności od stosowanego systemu chłodzenia silnika można wyodrębnić dwie grupy kadłubów:
- kadłuby silników chłodzonych cieczą,
- kadłuby silników chłodzonych powietrzem.
W silnikach chłodzonych cieczą blok cylindrowy tworzy jedną całość z komorą korbową. Konstrukcja bloku cylindrowego powinna zapewniać dostateczne i równomierne chłodzenie tulei cylindrowych i zapobiegać tworzeniu się korków powietrznych i parowych. Przestrzeń wodna bloku cylindrowego powinna być ponadto tak ukształtowana, żeby w razie potrzeby mogła być całkowicie opróżniona z cieczy chłodzącej. W zależności od stosowanego typu tulei cylindrowych rozróżniamy trzy rodzaje kadłubów silników chłodzonych cieczą:
1. Kadłuby stanowiące jeden odlew z blokiem cylindrowym.
Do zalet tych kadłubów zaliczamy dużą sztywność oraz dobre chłodzenie tulei cylindrowych, gdyż stykają się one bezpośrednio z cieczą chłodzącą. Rozwiązanie to ma jednak wiele wad, z których najpoważniejsze to utrudnione odlewanie oraz konieczność wykonania całego kadłuba z materiału wysokiej jakości stosowanego na tuleje cylindrowe. Kadłuby tego typu znalazły zastosowanie przede wszystkim w małych silnikach z zapłonem iskrowym, stosowanych w samochodach osobowych.
2.Kadłuby z odlanymi oprawami cylindrów i wciskanymi tulejami cylindrowymi są zbudowane podobnie do omówionych wyżej. Różnica polega jedynie na tym, że w rozwiercone tuleje odlane wraz z blokiem cylindrowym są wciśnięte dodatkowo cienkie tuleje. Tuleje te nie stykają się z cieczą chłodzącą , stąd ich nazwa tuleje suche. Kadłuby tak wykonane mają takie same zalety, jak kadłuby z tulejami odlanymi wraz z blokiem cylindrowym. Dodatkową ich zaletą jest możliwość odlania całego kadłuba z gorszego materiału i zastosowania dobrego materiału jedynie na cienkie tuleje suche. Podwójne ścianki powodują jednak pogorszenie warunków chłodzenia. Kadłuby z tulejami suchymi znalazły szerokie zastosowanie w silnikach zarówno z zapłonem iskrowym, jak samoczynnym.
3.Kadłuby z wstawianymi mokrymi tulejami cylindrowymi są łatwe do odlania, a ich obróbka, a ich obróbka skrawaniem jest stosunkowo prosta. Tuleje cylindrowe mokre wykonuje się z żeliwa wysokiej jakości. Dużą zaletą tego rozwiązania jest łatwość wymiany tulei cylindrowych podczas naprawy silnika. Do wad kadłubów z wstawionymi mokrymi tulejami należy zaliczyć mniejszą sztywność oraz konieczność powiększania odległości między cylindrami. Ze względu na ich zalety kadłuby z wstawianymi mokrymi tulejami cylindrowymi znalazły powszechne zastosowanie w silnikach wszystkich rodzajów.
Kadłuby silników chłodzonych powietrzem.
Ze względów technologicznych cylindry silników chłodzonych powietrzem wykonuje się jako oddzielne części osadzone w kadłubie i przykręcane śrubami. Właściwy kadłub stanowi więc w tym przypadku skrzynia korbowa. Rozwiązanie takie sprawia , że kadłub silnika chłodzonego powietrzem nie jest tak sztywny, jak kadłub silnika chłodzonego cieczą. Dlatego kadłuby silników chłodzonych powietrzem wykonuje się zwykle jako tunelowe. Konstrukcja taka zapewnia wystarczającą sztywność nawet przy zastosowaniu stopów lekkich.
Cylinder silnika chłodzonego powietrzem jest użebrowany w celu zwiększenia powierzchni odprowadzającej ciepło. Cylindry silników chłodzonych powietrzem wykonuje się najczęściej z żeliwa stopowego, a czasem ze stopów aluminium.

Głowice
Zasadniczym zadaniem głowicy jest zamknięcie od góry przestrzeni roboczej cylindra, ograniczonej z drugiej strony ruchomym denkiem tłoka. Głowica może być wspólna dla wszystkich cylindrów albo może zakrywać jeden, dwa bądź kilka sąsiednich cylindrów. Głowicę przykręca się do bloku cylindrowego za pomocą odpowiednio rozmieszczonych śrub, najczęściej dwustronnych. Szczelność przestrzeni roboczej cylindra zapewnia uszczelka umieszczona między głowicą i blokiem cylindrowym. Głowica może mieć budowę bardziej lub mniej skomplikowaną, co zależy przede wszystkim od rodzaju silnika. Istnieją dwa zasadnicze rodzaje głowic:
- głowice silników chłodzonych cieczą
- głowice silników chłodzonych powietrzem.
Głowice można także podzielić pod względem ich przeznaczenia. Rozróżniamy więc głowice stosowane do silników dwu- i czterosuwowych, górno- i dolnozaworowych, z zapłonem iskrowym i samoczynnym. Większość obecnie produkowanych silników spalinowych stanowią silniki górnozaworowe chłodzone cieczą. Ich głowicę mają dość skomplikowaną konstrukcje, gdyż muszą pomieścić zawory sterujące dopływem świeżego ładunku i wylotem spalin, kanały dolotowe i wylotowe oraz wtryskiwacze lub świece zapłonowe. W niektórych głowicach jest umieszczona również komora spalania, co dodatkowo komplikuje budowę głowicy. Głowica jest również mocno obciążona cieplnie, a ciepło to jest rozmieszczone nierównomiernie. Głowicę odlewa się z żeliwa lub stopów aluminium z różnymi dodatkami stopowymi. W większości głowic gniazda zaworowe stosuje się jako wtłaczane. Śruby głowicy dokręca się kluczem dynamometrycznym z odpowiednim momentem. Dokręcanie głowicy zaczynamy od śrub środkowych, a następnie dokręcając śruby na krzyż zbliżamy się do krańców głowicy. Przy odkręcaniu śrub głowicy stosujemy kolejność odwrotną. Ze względu na różnice rozszerzalności stali, żeliwa i stopu lekkiego, głowice aluminiowe należy dokręcać na zimno, natomiast dokręcanie głowic żeliwnych należy przeprowadzić po nagrzaniu silnika do temperatury, jaką osiąga on zwykle podczas normalnej pracy.