Silnik Wankla

Od samego początku jedną z większych trudności w realizacji silników o tłokach obrotowych sprawiało we wszystkich ich przypadkach skuteczne rozwiązanie problemu uszczelnienia komór roboczych. Przez skuteczne uszczelnienie należy rozumieć takie uszczelnienie, które zapewni odpowiednio małe przedmuchy gazów, a zarazem będzie dostatecznie trwałe i nie będzie powodować nadmiernych oporów mechanicznych w wyniku występowania dużych nacisków między powierzchniami uszczelnionymi. Można też zwrócić uwagę, że z dużej trwałości uszczelnienia można częściowo zrezygnować, pod warunkiem, że uszczelnienia te będą tanie i łatwe do wymiany.

W silniku typu Wankel występują uszczelnienia dwóch zasadniczych rodzajów:

- gazowe, rozgraniczające od siebie komory silnika i zapobiegające przedostawaniu się spalin lub sprężonego ładunku do komory mieszczącej się wewnątrz tłoka,

- olejowe, zapobiegające przedostawaniu się oleju smarującego przekładnię zębatą, mieszczącą się w komorze wewnętrznej tłoka, do komór roboczych.

Uszczelnienia gazowe dzielą się także na:

- promieniowe, rozgraniczające komory robocze wzdłuż bieżni cylindra,

- czołowe, rozgraniczające komory robocze wzdłuż ich płaskich ścian bocznych.

Schemat części składowych uszczelnienia.

Feliks Wankel opatentował i wypróbował bardzo wiele różnych wersji uszczelnień oraz różnych materiałów na elementy uszczelniające. Podczas prób okazało się, że dobór materiału uszczelnień jest nie mniej istotny od ich rozwiązania konstrukcyjnego. Nie można było przy tym oceniać materiału uszczelnień w oderwaniu materiału gładzi cylindra. Jeden i ten sam materiał uszczelnienia pracował z jedną gładzią cylindra w sposób zadowalający, podczas gdy z inną wykonaną z innego materiału, zdecydowanie gorzej.

Ostatecznie, po bardzo wielu doświadczeniach, opracowano elementy uszczelniające, prasowane z grafitu i sproszkowanego brązu. Materiał ten jest bardzo zbliżony do materiału używanego na szczotki, stosowane w rozrusznikach samochodowych. Najprawdopodobniej zawiera on także inne dodatki i uzyskiwany jest w wyniku odrębnego procesu technologicznego, gdyż próby zastosowania na uszczelki materiału stosowanego na szczotki, dawałby zdecydowanie negatywne wyniki. Elementy uszczelnień, wykonane z tego materiału, wykazują wielką łatwość docierania się do gładzi cylindra, mały współczynnik tarcia, stosunkowo powolne zużywanie się gładzi, niezależnie niemal od materiału jej powierzchni. W różnych rozwiązaniach tych silników stosuje się cylindry żeliwne, a także ze stopów lekkich, o bieżni pokrytej warstwą chromu porowatego. Te ostatnie wykonują zużycie, podczas przeciętnych warunków pracy silnika w samo-chodach osobowych rzędu 4 do 5 mikronów na 300 godzin pracy. Wynika stąd, że trwałość bieżni cylindra, dla której można dopuścić zużycie ok. 0,05 mm, wynosi około 300 godzin pracy. Trwałość taką należy uznać za bardzo dobrą, nie tylko dla silników samochodów osobowych, ale również ciężarowych i ciągników.

Zużycie elementów uszczelniających (szczególnie promieniowych) jest znacznie większe. Jednak dzięki sprytnemu rozwiązaniu konstrukcyjnemu element uszczelniający nie traci swych własności i promieniowo współpracuje z bieżnią, nawet mimo stosunkowo dużego zużycia. Elementy uszczelnienia promieniowego najbardziej narażone na zużycie, wykonane są z cienkich listew, umieszczonych w rowkach, znajdujących się w narożach tłoka. Zewnętrzna powierzchnia listwy (wystająca z rowka) zatoczona jest łukiem koła o promieniu równym odległości zarysu od bieżni cylindra od teoretycznej perycykloidy zarysu cylindra. Wynika to stąd, że środek tego łuku musi leżeć na linii perycykloidy, a zewnętrzna powierzchnia elementu uszczelniającego, w każdej chwili jest styczna do rzeczywistego zarysu cylindra, który, jak wiadomo, utworzony jest przez krzywą równoległą do perycykloidy teoretycznej.

W miarę wycierania się materiału listwy, wysuwa się ona z rowka tłoka, wypychana przez umieszczoną w nim sprężynę oraz pod wpływem działania siły odśrodkowej. Wewnętrzny zarys listwy pozostaje przy tym niezmieniony, gdyż ulega on obróbce przez bieżnię cylindra.

Zewnętrzna powierzchnia listwy styka się z gładzią cylindra wzdłuż jednej linii- wspólnej tworzącej. Podczas pracy silnika i przemieszczania się tłoka w cylindrze, linia stylu przesuwa się o pewien kąt w prawo i w lewo od położenia symetrycznego względem osi symetrii listwy. Taki system uszczelniania jest nazwany uszczelnieniem zmiennoliniowym. Liniowe uszczelnienie stanowi istotną wadę silnika typu Wankel, gdyż dużo trudniej uzyskać tu szczelność tego samego rzędu, co w klasycznych silnikach tłokowych, w których występuje kilka pierścieni uszczelniających (a także zgarniających, które również uszczelniają), stykających się z gładzią cylindra nie wzdłuż pojedynczej linii, lecz na pewnej powierzchni, wynikającej z ich wysokości.

Równocześnie jednak fakt przesuwania się linii rozgraniczenia komór po zewnętrznej powierzchni listwy powoduje, że zużycie listwy jest wolniejsze niż w innych silnikach o tłokach obrotowych, w których występują uszczelnienia tzw. stałoliniowe: element uszczelniający styka się z gładzią cylindra zawsze wzdłuż jednej linii.

Rolę uszczelnienia czołowego spełniają listwy, stanowiące odcinki pierścienia kołowego, umieszczone w odpowiednich rowkach na czołowych powierzchniach tłoka. Niezbędny docisk ich do płaskich ścian pokryw cylindra zapewniają umieszczone pod listwami sprężyny z falistej blachy. Warunki pracy uszczelnień czołowych są niewspółmiernie łatwiejsze, niż poprzednio rozważanych. Dlatego też rozwiązano ich konstrukcję i dobrano odpowiedni materiał bez szczególnych trudności. Wykonane są one z żeliwa tego samego gatunku, co żeliwo stosowane na pierścienie tłokowe w klasycznych silnikach spalinowych.

Czytaj dalej...

Gumowe elementy sprężyste

Gumowe elementy sprężyste są stosowane w samochodach jako elementy pomocnicze, a niekiedy także jako główne elementy resorujące. Dzięki właściwościom gumy elementy te wykazują wiele zalet w porównaniu ze stalowymi elementami sprężystymi. W pierwszym rzędzie do zalet gumy należą: duża zdolność pochłaniania energii, mały ciężar właściwy, duża podatność, odporność na korozję, własności wibroizolacyjne, a także fakt, że nie wymagają żadnej obsługi. Wady gumy to niewielka trwałość oraz zdolność do starzenia się z biegiem czasu.

Elementy gumowe stosowane w zawieszeniach samochodów pracują na ściskanie lub ścinanie. Elementów gumowych rozciągających niemal się już nie stosuje ze względu na szybkie starzenie się tak pracującej gumy oraz łatwość jej uszkodzenia. Z tego też względu elementy ściskane poddaje się pewnemu napięciu wstępnemu, które zapobiega zmianie kierunku naprężeń przy pulsujących obciążeniach dynamicznych.
 

Sposób odkształcania się elementów gumowych oraz ich wytrzymałość zależą od kierunku działania obciążenia oraz konstrukcji samego elementu. Jak znaczne są różnice wywołane tymi czynnikami, ilustruje rys. na którym przedstawiono kilka prostych elementów gumowych stosowanych w zawieszeniach samochodowych oraz zaznaczono ich odkształcenia, odpowiadające przyłożonym obciążeniom.
 

 Elementy te odznaczają się korzystną (progresywną) charakterystyką sprężystą przy obciążeniu w kierunku poosiowym oraz dużą odpornością na wyboczenia. Takie i podobne elementy stosuje się często jako resory pomocnicze w zawieszeniach samochodów ciężarowych. Pracują one w sposób podobny jak drążki skrętne, przy czym, dzięki odpowiedniemu kształtowi stalowego rozpieracza, podłużne poduszki gumowe pracujące na ściskanie mogą mieć charakterystykę progresywną.

Typowe proste elementy stosowane w zawieszeniach.

Mają one również charakterystykę progresywną, ale z uwagi na mały zakres odkształceń pierścienia gumowego łączy się go z wahaczem pracującym jako dźwignia jednoramienna o przełożeniu umożliwiającym duży skok koła. Wulkanizowany element metalowo-gumowy, pracujący przede wszystkim na ścinanie. Elementy takie stosuje się w zawieszeniach ciężkich pojazdów. Odznaczają się one tak dużym tłumieniem, że niekiedy umożliwiają nawet wyeliminowanie amortyzatorów.

Czytaj dalej...

Regulacja chłodzenia silnika samochodowego

Dzięki zastosowaniu samoczynnej regulacji intensywność chłodzenia zmieni się zależnie od warunków pracy silnika (jego obciążenia temperatury otoczenia). Intensywność chłodzenia można zmieniać, regulując ilość cieczy przepływającej przez chłodnicę lub regulując natężenie przepływu powietrza przez chłodnicę. W silnikach chłodzących powietrzem dostosowanie intensywności chłodzenia do aktualnych warunków polega na regulacji przepływu powietrza wokół cylindrów.

Urządzeniem regulującym przepływ cieczy przez chłodnice jest termostat. Jest to niewielki zawór wyposażony w czujnik, reagujący na zmianę temperatury cieczy. Jest on tak zbudowany i tak umieszczony w układzie chłodzenia, że przy niedostatecznej temperaturze cieczy zamyka przepływ cieczy przez chłodnicę. Zmniejsza się tym samym chłodzenie cieczy i jej część znajdująca się w silniku, ogrzewa się szybciej. Gdy silnik nagrzeje się do właściwej temperatury, zawór termostatu otwiera przepływ do chłodnicy (rys.1. Termostaty (o innej konstrukcji) stosuje się także w silnikach chłodzonych powietrzem. Sterują one przysłonami dławiącymi przepływ powietrza w sytuacji, gdy silnik jest zbyt zimny.

Rozwiązanie z wentylatorem napędowym osobowym silnikiem ma tę zaletę, że uniezależnia umiejscowienie chłodnicy w komorze silnikowej samochodu od położenia samego silnika.

Rozwiązanie z wentylatorem napędowym osobowym silnikiem ma tę zaletę, że uniezależnia umiejscowienie chłodnicy w komorze silnikowej samochodu od położenia samego silnika.

Zasada działania termostatu:


a)zawór zamknięty
b)zawór otwarty

Czytaj dalej...

Silnik wysokoprężny

Każdy pojazd samochodowy odznacza się określonymi właściwościami­, które decydują o warunkach technicznych, jakie powinien spełniać jego silnik pędny. Dążenia do jak najpełniejszego zaspokajania potrzeb użytkowników i sprostania wciąż rosnącym wymaganiom wytwórni sa­mochodów doprowadziły do opracowania wielu odmian silników wysokoprężnych wszystkich kategorii, różniących się niekiedy dość znacznie odrębnościami konstrukcji oraz przeznaczeniem. Dodać należy, że charakterystyczne cechy indywidualne licznych modeli wynikają nie tylko z prób szukania korzystniejszych rozwiązań na nowych drogach, lecz również. z dążeń do obejścia istniejących ograniczeń patentowych.

Daleko posunięte zróżnicowanie szczegółów budowy silników wysokoprężnych obecnie eksploatowanych stwarza poważne trudności przy ustalaniu samych założeń ich klasyfikacji. Narzuca to konieczność zali­czania kwalifikowanych silników do określonych, kategorii i grup na podstawie pewnych cech konstrukcyjnych lub działania, o zasadniczym znaczeniu, jeśli chodzi o przydatność silnika do przewidywanego zakresu zastosowania. Kryteriami tego rodzaju podziałów wycinkowych są z za­sady najbardziej istotne cechy charakterystyczne silnika, jak: sposób pra­cy, szybkoobrotowość i szybkobieżność, system komór spalania, układ cy­lindrów, metoda chłodzenia oraz inne.

Ze względu na zasadę pracy współczesne silniki - samochodowe po­dzielić można z jednej strony na dwusuwowe) czterosuwowe; a z drugiej - na wolnossące i doładowywane. Różnice w tym zakresie nie wpływają wprawdzie wprost na przeznaczenie silnika, lecz niemniej w znacznej mierze decydują pośrednio o jego właściwościach i cechach charaktery­stycznych, a zwłaszcza o pojemnościowym wskaźniku mocy, jednostko­wym zużyciu paliwa, znamionowej prędkości obrotowej wału korbowego, ciężarze własnym itp.

Przebieg pracy według zasady dwusuwu trwa w czasie jednego całkowitego obrotu wału korbowego, a według zasady czterosuwu - dwóch kolejnych obrotów. Okoliczność ta ma bardzo istotne znaczenie, ponieważ przy jednakowej prędkości biegu w cylindrze silnika dwusuwowego, W porównaniu z czterosuwowym, procesy spalania oraz następującego nich suwy rozprężania są dwukrotnie częstsze.

Jeśli bierze się powyższe pod uwagę, to należałoby przypuszczać, że w identycznych warunkach pracy i przy takiej samej pojemności skoko­wej silnik dwusuwowy pozornie rozwija dwukrotnie większą moc użytecz­ną niż czterosuwowy. Jednak już pobieżne choćby rozpatrzenie tego pro­blemu wykazuje, że w rzeczywistości jest inaczej i przeważnie silniki dwusuwowe w porównaniu z czterosuwowymi cechują się podobnymi lub niewiele tylko większymi pojemnościowymi wskaźnikami mocy.

Czytaj dalej...

Obróbka strumieniowo-ścierna

Obróbka strumieniowo-ścierna należy do obróbek powierzchniowych, podczas której wprowadzane w ruch (w zależności od typu urządzenia - za pomocą koła rzutowego lub sprężonego powietrza) ziarniste media lub strumień wody kierowane są na obrabianą powierzchnię.

Technologia oczyszczania detali, podzespołów odbywa sie w kabinach gdzie głównym medium jest śrut o różnych średnicach w zależności obrabianego detalu lub ziarenka piasku. Operacja oczyszczania nie należy do skomplikowanych ale nie jest tania. Istnieją dwie metody, gdzie pierwsza polega na tym że detale są układane na rolotoku i wprowadzane do kabiny, gdzie następuje operacja śrutowania lub piaskowania.

W zależności od użytych środków celem tej obróbki może być:

• oczyszczanie powierzchni – usuwanie starych powłok, rdzy, szlaki po paleniu i innych zanieczyszczeń,
• wykończenie, ujednolicenie powierzchni-usunięcie skutków poprzedzających obróbek,
• rozwinięcie powierzchni- nadanie odpowiedniej chropowatości w celu przygotowania powierzchni, pod malowanie, klejenie, pokrycie galwaniczne, połączenie metal-guma,
• usunięcie zadziorów.

Na rezultaty obróbki (parametry powierzchni) ogromny wpływ mają następujące czynniki:

• rodzaj użytego medium,
• materiał,
• kształt ziarna,
• rozmiar ziarna,
• prędkość nadana ziarnom śrutu

Urządzenia do obróbki strumieniowo-sciernej:

• urządzenia pneumatyczne,
• inżektorowe - ścierniwo zasysanie jest do pistoletu przez powstałe tam podciśnienie (do pistoletu dochodzą dwa węże),
• ciśnieniowe - ścierniwo jest podawane do dyszy pod ciśnieniem ze specjalnego zbiornika. (jeden przewód dochodzący do dyszy),
• urządzenia turbinowe (wirnikowe, z kołem rzutowym)

Elementem nadającym ruch ścierniwa są łopatki wirującej turbiny.

Rodzaje ścierniwa:

Ścierniwa metalowe

• śruty okrągłe - są stosowane do oczyszczania głównie stali zwykłych w urządzeniach posiadających koła rzucające śrut (odlewnicze, linie do oczyszczania wyrobów hutniczych)
• śruty ostrokrawędziowe(łamane) - używane w pneumatycznych oczyszczarkach, komorach śrutowniczych z zamkniętym obiegiem ścierniwa)
  

Wysoka trwałość ścierniw metalowych jest główną przyczyną ich popularności, gdyż pozwala uzyskać najlepsze rezultaty ekonomiczne. Należy jednak uważać, gdyż stosowanie śrutów zbyt grubych do czyszczenia zgorzeliny (2mm i większych), szczególnie gdy śrut jest już zaatakowany przez rdzę powoduje wbijanie tej rdzy w głębokie wyrwy. Zasklepioną rdzę już nie można usunąć poprzez operację śrutowania.

Ścierniwa niemetalowe

Ścierniwa te mają obecnie znaczenie w pierwszym rzędzie przy pracach w terenie otwartym, przy stosowaniu oczyszczarek z otwartym obiegiem ścierniwa (piasek kwarcowy, żużel pomiedziowy, garnet).

• śrut z tworzyw sztucznych - do tej grupy zaliczyć można poliwęglanowe śruty do obróbki kriogenicznej wyrobów gumowych,
• śrut roślinny - są to media obróbcze wytwarzane z odpadów roślinnych (rozdrobnione kolby kukurydzy, rozdrobnione skorupki orzechów kokosowych, laskowych, rozdrobnione pestki moreli, brzoskwiń czy śliwek).
  

Śruty z tworzyw sztucznych jak i roślin należą do mediów lekkich, w związku z tym są stosowane w tych operacjach obróbki strumieniowo-ściernej, gdzie wskazane jest niewielkie oddziaływanie na obrabianą powierzchnię i wręcz ochrona podłoża przed uszkodzeniami i deformacją. Takimi operacjami są np. oczyszczanie form do gumy czy oczyszczanie kadłubów samolotów z warstwy powłok malarskich.

Co decyduje o przydatności ścierniwa w obróbce strumieniowo-ściernej?

Rodzaj obrabianego materiału i jego twardość - ścierniwo musi być twardsze od obrabianego materiału.

• twardość ziaren ściernych - twardsze ścierniwa posiadają większą zdolność do chropowacenia powierzchni, co ma bezpośredni wpływ na większą wydajność obróbki powierzchni,
• ciężaru właściwego stosowanego ścierniwa - ma on wpływ w fazie początkowej na czas jego przebywania wewnątrz dyszy, a pośrednio na prędkość ziarna wylatującego z dyszy,
• kształtu ziaren ściernych - posiadanie przez ziarno ścierne ostrych krawędzi tnących i ostrych wierzchołków, a u ścierniw wielokrotnego użytku długie utrzymywanie się ich i tworzenie nowych ostrzy u ziaren rozbitych, wspomaga znacznie zdolności ziaren ściernych do chropowacenia obrabianej powierzchni strumieniowo-ściernie i pozwala uzyskać najbardziej pożądany profil chropowatości powierzchni z dużą wydajnością.

Czytaj dalej...