Головка цилиндров обычно представляет собой отливку для одного ряда цилиндров. Отдельные головки на каждый цилиндр применяются только в двигателях с воздушным охлаждением. В двигателях высокой мощности с большим диаметром цилиндров иногда делают групповые головки на два или три цилиндра.

В современных двигателях головку цилиндров выполняют съемной. При этом упрощается отливка и повышается ее качество, упрощается контроль зеркала цилиндров, притирка клапанов, очистка от нагара камеры сгорания, выемка и осмотр поршневой группы. Кроме того, в этом случае головку цилиндров можно изготовлять из других материалов (легированных чугунов, алюминиевыхсплавов),чемблок.

Конструкция головки цилиндров зависит от формы камеры сгорания, числа и расположения клапанов, свечей зажигания или форсунок, впускных п выпускных каналов, системы охлаждения и конструктивных форм наружных трубопроводов.

При проектировании головок цилиндров к их конструкции предъявляются следующие основные требования: 1) достаточная жесткость и прочность; 2) удобство монтажа, осмотра и регулировки клапанного механизма; 3) обеспечение такой формы камеры сгорания, которая способствовала бы улучшению процессов сгорания для достижения максимальных значений среднего эффективного давления и минимальных удельных расходов топлива при заданной степени сжатия; 4) простота конструкции и низкая стоимость изготовления.

Головка цилиндров состоит из следующих элементов: камеры сгорания, образуемой вместе с поршнем и стенками цилиндра, впускных и выпускных каналов, стенок, полостей для охлаждающей жидкости или ребер (у двигателей с воздушным охлаждением) .

Головка цилиндров имеет сложную геометрическую форму. При ее проектировании необходимо обращать внимание на плавность переходов и равномерность толщин стенок, что увеличивает надежность головки при действии механических и тепловых нагрузок. Проходные сечения впускных и выпускных каналов в головках цилиндров не должны резко изменяться по длине и не должны быть меньше проходного сечения клапана в момент его максимального подъема.

При жидкостном охлаждении в головках цилиндров должна обеспечиваться равномерная циркуляция охлаждающей жидкости. Отверстия для подвода охлаждающей жидкости рекомендуется располагать ближе к наиболее нагретым зонам и по возможности около шпилек, которыми крепят головку цилиндров к блок-картеру, чтобы избежать подтекания. Для предотвращения образования паровых пробок отверстия для отвода охлаждающей жидкости из головки цилиндров необходимо размещать в наиболее высоких точках.

В двигателях с воздушным охлаждением равномерность охлаждения достигается с помощью ребер и соответствующего направления потоков охлаждающего воздуха.

В головках цилиндров с верхним расположением клапанов перемычки между ними и сами клапаны являются наиболее нагретыми частями камеры сгорания. Поэтому для избежания детонационного сгорания свечи зажигания располагают ближе к наиболее нагретой зоне, т. е. к выпускному клапану. При таком размещении свечи зажигания в первую очередь сгорает та часть рабочей смеси, которая наиболее нагрета. При верхнем расположении клапанов свечи зажигания располагают наклонно сбоку со стороны наиболее нагруженной стенки цилиндра в специальном углублении.

Свечи зажигания изготовляются с резьбой диаметром 10, 14 и 18 мм. Чем выше тепловой режим двигателя, тем меньше должен быть диаметр резьбы. Свечи зажигания ввертывают в массивные бобышки головки цилиндров, которые со всех сторон должны омываться охлаждающей жидкостью. Тепловой режим свечи должен поддерживаться постоянным во избежание калильного зажигания при перегреве или замасливании свечи, или повышенного нагарообразования на поверхности камеры сгорания при чрезмерном охлаждении свечи. Температура конца изолятора и центрального электрода свечи должна находиться в пределах 500—900° С.

Форма камеры сгорания должна быть компактной. Это лучше всего достигается в двигателях с верхним расположением клапанов. Относительная поверхность камеры сгорания, оцениваемая отношением ее площади Fcк объему Vc, должна быть возможно меньшей. При этом потери на охлаждение также получаются наименьшими.

В компактной камере сгорания при прочих равных условиях сокращается расстояние между местом, где происходит воспламенение рабочей смеси, и наиболее удаленным участком камеры сгорания и уменьшаются тепловые потери, вследствие чего повышается экономичность двигателя.

Отношение площади поверхности камеры сгорания, непосредственно соприкасающейся с охлаждающей жидкостью, к площади полной поверхности стенок камеры сгорания характеризует интенсивность передачи теплоты охлаждающей жидкости. В автомобильных двигателях это отношение колеблется от 0,4 до 0,55.

При верхнем расположении клапанов допускается более высокая степень сжатия (е = 7,5 — т — 12). Сопротивление при впуске в этом случае будет меньше, следовательно, коэффициент наполнения — выше. Все это позволяет повысить литровую мощность и экономичность двигателя.

При верхнем расположении клапанов в карбюраторном двигателе широкое распространение получили головки цилиндров с клиновидной камерой сгорания и двухсторонним размещением клапанов. В случае нижнего расположения клапанов наиболее эффективной является головка цилиндров с Г-образной камерой сгорания.

При проектировании головок цилиндров особое внимание следует уделять подводу воды к приливам направляющей втулки выпускного клапана, надежность работы которого во многом зависит от стабильности теплового режима. Для понижения температуры выпускного клапана его направляющую следует делать непосредственно в головке цилиндров. Выпускные каналы в головке цилиндров должны охлаждаться по всей длине.

В дизеле форма камеры сгорания, соответствующая выбранному способу смесеобразования, определяет конструкцию головки цилиндров. Головки цилиндров дизелей имеют более сложную конструкцию, чем головки цилиндров карбюраторных двигателей.

 В последнем случае верхняя часть вихревой камеры отливается как одно целое с головкой, а нижняя часть с горловиной изготовляется из жароупорной стали и вставляется со стороны опорной плоскости головки цилиндров. Форсунки устанавливают в гнезда, отлитые и обработанные в головке цилиндров или во вставные медные гильзы, чтоулучшаетохлаждение форсунки.

В двигателях с воздушным охлаждением головки цилиндров изготовляют из алюминиевого сплава литьем или ковкой; применение алюминиевых сплавов улучшает теплоотвод. Температура наружных поверхностей головки цилиндров не должна превышать в наиболее нагретых зонах между клапанами 215—230° С и только на форсированных режимах допускается кратковременное повышение температуры до 260 °С.

Температура головки цилиндров должна быть по возможности равномерной.

Охлаждающаяповерхность головкицилиндровсоставляет 60—75%от всей поверхности.  Головка цилиндров двига-ребер цилиндра. Для более рав-тсля с воздушным охлаждениемНОмерногораспределениятеплового потока в головке цилиндров ребра располагают эксцентрично относительно оси цилиндра, и делают в них разрезы. Последние уменьшают тепловое напряжение в ребрах и предотвращают коробление седел клапанов. Показана конструкция головки цилиндра с V-об-разным расположением клапанов и полусферической камерой сгорания.Угол междуосямиклапанов составляетпримерно80°. Приведенная схемасоответствует подводу воздуха перпендикулярно плоскости осей клапанов.

Головки цилиндров двигателей с воздушным охлаждением вместе с цилиндром крепятся четырьмя шпильками к картеру.