Zadania i wymagania stawiane częściom układu korbowego silnika samochodowego.

TŁOK - Tłok stanowi ruchomą część komory spalania. Zadania to: utworzyć szczelne i suwliwe zamkniecie cylindra, przenieść za pośrednictwem korbowodu nacisk gazów na wał korbowy silnika.
Warunki pracy tłoka w cylindrze są bardzo niekorzystne. Jego denko przenosi wysokie ciśnienie, nagrzewa się do wysokiej temperatury i porusza się z dużą prędkością. Wysoka temp. tłoka pogarsza własności mechaniczne materiału, z którego jest wykonany tłok. Materiał na tłok powinien spełniać następujące wymagania: dobre przewodnictwo cieplne, dobre własności wytrzymałościowe w warunkach obciążeń stałych i zmiennych, maty wsp, rozszerzalności cieplnej, mała gęstość duża odporność na ścieranie.

PIERŚCIENIE TŁOKOWE - Pierścienie tłokowe służą do uszczelnienia tłoka w cylindrze, ułatwienia odpływu oleju z tłoka oraz rozprowadzenia i zgarniania oleju z gładzi cylindra . Warunki pracy pierścieni tłokowych są bardzo niekorzystne ze względu na znaczne obciążenia cieplne i mechaniczne. Na pierścienie a szczególnie na górny pierścień uszczelniający, działają wysokie ciśnienie i wysoka temp. spalin, a pomiędzy zewnętrzną powierzchnią pierścienia i tuleją cylindra panują warunki tarci półsuchego. Z tego też względu udział strat mechanicznych jest dość znaczny (straty mechaniczne wynikają z tarcia tłoka i pierścieni stanowić mogą 50-70% strat tarcia). Wymagania to: mały wsp. tarcia duża odporność na ścieranie znaczna wytrzymałość termiczna.

SWORZEŃ TŁOKOWY - worzeń tłokowy służy do przenoszenia nacisku tłoka na korbowód i jednocześnie umożliwia korbowodowi ruch wahadłowy. W czasie pracy sworzeń tłokowy podlega znacznym obciążeniom zmiennym co do wartości i kierunku. Wskutek małych wymiarów sworzeń podlega dużym naciskom jednostkowym. Warunki pracy pogarsza dosyć znaczne nagrzewanie się sworznia. Najważniejsze wymagania to: duża sztywność, duża wytrzymałość zmęczeniowa, odporność powierzchni na zużycie i korozję, mała masa.

KORBOWÓD - Korbowód jest łącznikiem przenoszącym siły wywierane na tłok przez ciśnienie gazów spalinowych ze sworznia tłokowego na wał korbowy. Przenosi on również siły wynikające z bezwładności elementów układu korbowego. Korbowód składa się z główki korbowodu, trzonu oraz stopy korbowodu. Duże znaczenie ma długość korbowodu, która wynika z kompromisu konstrukcyjnego. Krótszy korbowód pozwala na wykonanie silnika niższego i lżejszego, natomiast dłuższy daje mniejsze naciski na tłok. W najnowszych konstrukcjach silników dąży się do zwiększenia długości korbowodu kosztem zmniejszenia wysokości główki tłoka przy zachowaniu wysokości kadłuba.

WAŁ KORBOWY - Wał korbowy służy do zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka i wahadłowego ruchu korbowodu na ruch obrotowy koła zamachowego. Na wal działają siły wynikające z ciśnienia gazów spalin w cylindrach, które przenoszone są na czopy korbowe wału za pośrednictwem tłoków i korbowodów, oraz siły bezwładności, powstające w skutek obracania się wału i ruchów posuwisto-zwrotnych tłoków i korbowodów. Główne wymagania, to duża sztywność i wytrzymałość zmęczeniowa. Można je uzyskać stosując duże średnice czopów głównych i korbowodowych z odpowiednim promieniem przejścia czopów w ramię korby oraz odpowiednio mocne ramiona korby.

PANEWKI - Panewka ma zapewnić bezzatarciową współpracę elementów układu korbowego silnika samochodowego. Na łożyskach ślizgowych ułożyskowany jest wał korbowy oraz korbowody. Łożyska ślizgowe pracują bezawaryjnie przy tarciu płynnym. Pewność ruchowa zależy wtedy przede wszystkim od pewności systemu smarowania, a w aspekcie materiałowo-konstrukcyjnym od podatności panwi i wytrzymałości zmęczeniowej stopu łożyskowego na działanie zmiennych ciśnień w warstwie tzw. filmu olejowego. Przy rozruchu silnika występuje tarcie mieszane które powoduje największe zużycie czopów i panwi, jest to najbardziej niekorzystny moment pracy panewki, dlatego pewność ruchowa w tym momencie zależy przede wszystkim od własności ślizgowych stopu łożyskowego. Łożyska ślizgowe pracują w szczególnie trudnych warunkach ze względu na działanie wysokich temperatur 100-180'C, oraz duże obciążenie dynamiczne, występujące już w momencie rozruchu, gdy nie utworzy się jeszcze klin smarny. Główne wymagania to: duża wytrzymałość mechaniczna, dobre własności ślizgowe, odporność na zatarcie, odporność na ścieranie i korozję.

Czytaj dalej...

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...

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...