Gwarancja na części samochodowe

SILNIK – wybór marki, modelu i typu samochodu

Najważniejsze zespoły i układy spalinowego silnika tłokowego

Kadłub

Wspólnie z miską olejową i głowicą kadłub nadaje silnikowi kształt, obrys. Stanowi też zasadniczą część jego masy. W kadłubie mieszczą się, lub są do niego zamontowane z zewnątrz pozostałe elementy silnika. Górę kadłuba silnika stanowi głowica, w której znajduje się rozrząd oraz świece lub wtryskiwacze.

Układ korbowy

Układ korbowy silnika tworzy wał korbowy, koło zamachowe, tłoki oraz korbowód. Jego zadaniem jest zamiana ruchu postępowo-zwrotnego tłoków w ruch obrotowy wałku korbowego

Rozrząd

W silniku czterosuwowym zadaniem mechanizmu rozrządu jest sterowanie przepływem mieszanki paliwowej oraz odprowadzaniem spalin. Składa się z wału krzywkowego, koła zębatego napędu, popychaczy, zaworów i sprężyn. Może być umiejscowiony w głowicy lub w głowicy i bloku cylindrowym.

Układ zasilania

Do zadań układu zasilania należy wytworzenie mieszanki paliwowej i dostarczenie jej do cylindrów silnika. W jednostkach napędowych, w których zastosowano zapłon iskrowy, mieszanka paliwowa przygotowywana jest w gaźniku lub w układzie wtryskowym. W motorach z zapłonem samoczynnym mieszanka paliwowa przygotowywana jest w układzie wtryskowym. W silnikach typu pierwszego spośród przedstawionych powyżej głównymi elementami składowymi układu zasilania jest gaźnik lub układ wtryskowy, który doprowadza paliwo do przewodów dolotowych. W drugim typie silników głównymi elementami tworzącymi układ zasilania są: pompa wtryskowa, wtryskiwacze oraz filtry powietrza.

Układ smarowania

Układ smarowania rzadziej nazywany układem olejania odpowiada za doprowadzanie oleju do poszczególnych części silnika. Jego najważniejszym elementem jest pompa oleju. Zasysa ona olej z miski olejowej i tłoczy go do odpowiednich elementów jednostki napędowej. W systemie tym ważną role odgrywają także filtry oleju.

Więcej o zespołach i układach spalinowego silnika tłokowego

Doładowanie silnika spalinowego

Aby zwiększyć moc i moment obrotowy silnika bez zwiększania pojemności skokowej i prędkości obrotowej wałku korbowego stosuje się doładowanie. Osiąga się to poprzez wstępne sprężenie powietrza zasysanego do cylindrów. Efektem tego działania jest zwiększenie jego gęstości przekładające się na lepsze wypełnienie komory spalania.

Rodzaje doładowania silnika

W przypadku wykorzystania sprężarki napędzanej przez przekładnię zębatą lub pasową od wału korbowego występuje doładowanie mechaniczne. Jeżeli sprężarka napędzana jest turbiną wprawianą w ruch przez energię rozprężania i kinetyczną spalin to jest to turbodoładowanie. Stosowane jest jeszcze doładowanie dynamiczne. Jest ono realizowane bez sprężarki głównie w silnikach benzynowych. Oparte jest na występujących w przewodach dolotowych o zmiennej geometrii falowych zjawiskach rezonansowych.

Wyposażenie samochodów w turbosprężarki

Współczesne wysokoprężne jednostki napędowe wyposażone są zazwyczaj w turbosprężarki. Dla odmiany motory benzynowe raczej nie są doładowywane. Jeżeli jednak są doładowywane to stosuje się zarówno sprężarki mechaniczne oraz turbosprężarki. Te drugi częściej wykorzystywane są w przypadku silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa. W tego rodzaju silnikach wysokość stopnia sprężania najczęściej jest obniżona ponieważ występuje w nich wyższe ciśnienie robocze, które może wywoływać tak zwane spalanie stukowe.

Sprężarki mechaniczne

Najczęściej stosowanym rodzajem sprężarek mechanicznych są sprężarki wyporowe. Jednymi z najpopularniejszych są Rootsa oraz śrubowa Lysholma. Rzadziej wykorzystuje się sprężarki przepływowe, do których zaliczyć można na przykład promieniowe. Do ich zalet należy niezwykle szybka reakcja na zmianę obciążenia jednostki napędowej. Wadą są straty mocy wynoszące od około 10 do 15 kW wynikające z konieczności napędzania sprężarki. Skutkuje to podwyższonym zużyciem paliwa. Chcąc tego uniknąć można wyłączać sprężarkę gdy silnik pracuje na niskich obrotach. Regulatorem ciśnienia doładowania w sprężarkach mechanicznych jest zawór obejściowy nazywany by-passem. Jest on sterowany przez mikroprocesor. Zaletą sprężarek mechanicznych jest też to, że ich zabudowa nie pociąga za sobą większy zmian w konstrukcji silnika.

Więcej o doładowaniu silnika spalinowego

Moc silnika

Moc oznacza ilość energii możliwą do wytworzenia w określonej jednostce czasu. Matematycznie moc to iloczyn momentu obrotowego i mocy silnika. Moment obrotowy to siła w ruchu obrotowym. Moc na kołach samochodu pojawia się w wyniku jej transmisji układem napędowym od koła zamachowego silnika. Strata energii podczas jej przekazywania w układzie napędowym samochodu wynosi dziesięć procent. Wynika stąd, iż sprawność energetyczna samochodu wynosi dziewięćdziesiąt procent. Do strat mocy przyczynia się przede wszystkim mieszanie oleju wypełniającego zespoły układu napędowego, do których należy skrzynia biegów i most napędowy. Wynika stąd, że o wielkości strat energii decyduje ilość i temperatura oleju wpływająca na jego gęstość. Dlatego największe straty mocy dostrzegane i odczuwane są w zimie, zwłaszcza podczas pierwszych rozruchów silnika. Ubytki energii w układzie napędowym są także efektem tarcia między współpracującymi częściami. Należą do nich głównie koła zębate oraz miejsca uszczelnień. Czynniki te sprawiają, że moc na osi napędzanych kół jest trochę mniejsza od mocy silnika. Moc silnika zależy od jego momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Jest ona tym większa, im wyższy jest jego moment obrotowy w jak najszerszym zakresie prędkości obrotowej. Im większy moment obrotowy przy wysokich obrotach, tym większa jest moc silnika. Aby możliwa była jazda przełożenie między obrotami silnika a obrotami kół musi być zróżnicowane w zależności od warunków ruchu.

Więcej o mocy silnika

Napęd hybrydowy

Działanie napędu hybrydowego w samochodzie polega na wykorzystaniu współpracujących ze sobą różnych rodzajów napędu. Najczęściej określenie to odnosi się do zastosowania w aucie silnika spalinowego oraz silnika elektrycznego.

Rodzaje napędu hybrydowego

Praca napędu hybrydowego może polegać na niezależnym wykorzystaniu silników. Jest to tzw. napęd równoległy. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość ładowania akumulatorów jednostki elektrycznej przez spalinową. Silnik elektryczny może w tej sytuacji wypełniać zadania prądnicy (generatora). Ponadto, w przypadku gdy do jazdy nie jest wymagana duża moc, lub w sytuacjach, w których nie można korzystać z silnika spalinowego, samochód wyposażony w tego typu napęd hybrydowy może poruszać się przy pomocy silnika elektrycznego. Inną zaletą tego napędu jest możliwość skorzystania z obu silników w celu na przykład uzyskania maksymalnego przyśpieszenia kiedy jest to potrzebne.

W napędzie hybrydowym szeregowym silnik spalinowy połączony jest z generatorem prądu. Prądnica ta ładuje akumulatory i zasila silnik elektryczny. W rozwiązaniu tym samochód napędzany jest tylko przez jednostkę elektryczną.

Więcej o napędzie hybrydowym

Pierścienie tłokowe uszczelniające

Do zadań pierścieni tłokowych uszczelniających należy uszczelnienie komory spalania, odprowadzanie ciepła od tłoka do tulei cylindrowej, rozprowadzanie oleju w cylindrze. W zależności od rodzaju silnika stosowanych jest od dwóch do czterech pierścieni usytuowanych w górnej części tłoka. Średnica zewnętrzna pierścienia jest większa od średnicy tłoka. W trakcie pracy silnika pierścień zostaje ściśnięty i wprowadzony do cylindra gdzie rozpręża się i całym obwodem przylega do jego gładzi. Jest to możliwe dzięki temu, że ma on postać rozciętego pierścienia. Miejsce, w którym jego końce nie są połączone nazywane są rozwarciem zamka. Dzięki zamkowi możliwe jest założenie pierścienia na tłok. Sprężystość pierścienia określa się poprzez zmierzenie siły stycznej potrzebnej do zmniejszenia rozwarcia zamka do rozmiarów odpowiadających przewidzianemu luzowi. Nazywany jest on luzem zamka. W zależności od średnicy zamka wynosi on od dwóch dziesiątych do sześciu dziesiątych milimetra. Ze względu na to, że przez niego przedostają się nieznaczne ilości oleju oraz spalin, pierścienie powinny być tak ułożone na tłoku, aby ich zamki znajdowały się jak najdalej od siebie. Zamki proste sprawiają, że cały pierścień jest łatwiejszy do zrobienia, dzięki czemu zachowana zostaje większa dokładność. Minusem takiego rozwiązania jest podwyższone przenikanie gazów prze jego szczelinę. Często wykorzystywane zamki skośne ułatwiają przesuwanie się pierścieni w rowkach. Powoduje to jednak ustawienie ich po pewnym czasie w jednej pozycji. Przeciwdziała się temu zakładając naprzemiennie pierścienie o przeciwnych skosach. Najszczelniejsze są pierścienie posiadające zamki zakładkowe. Ze względu na koszty produkcji są one rzadko stosowane.

Więcej o pierścieniach tłokowych uszczelniających

Sprężyny zaworowe

Zadania sprężyny zaworu

Do zadań sprężyn zaworowych należy połączenie określonych części układu rozrządu oraz uszczelnienie komory spalania poprzez dociskanie zaworu do gniazda.

Działanie sprężyny zaworu

Sprężyna zapewnia powiązanie kinetyczne poszczególnych elementów w momencie występowania ujemnych przyśpieszeń. Zapobiega w ten sposób utraceniu kontaktu między nimi. W trakcie występowania przyśpieszeń dodatnich części te są dociskane do siebie, w związku z czym sprężyna zaworowa nie pełni w takiej sytuacji żadnej roli. Gdy zawór zostaje zamknięty, sprężyna dociska grzybek do gniazda. Odbywa się to bez względu na wartości ciśnień panujących w komorze spalania, kanale dolotowym i kanale wylotowym głowicy. W trakcie pracy zaworu, sprężyna może wpadać w wymuszone drgania. W materiale z którego jest wykonana występują wtedy dodatkowe naprężenia. Mogą one oddziaływać na zwykłą pracę rozrządu. Gdy częstotliwość drgań własnych sprężyny zrówna się z prędkością obrotową wału rozrządu lub jej wielokrotnością to może wystąpić rezonans.

Więcej o sprężynach zaworowych

Układ dolotowy

Zadania układu dolotowego

Głównym zadaniem układu dolotowego jest dostarczenie powietrza do silników cylindra w celu wytworzenia mieszanki paliwowej. Ponadto układ dolotowy oczyszcza dostarczane powietrze ze wszelkich zanieczyszczeń.

Budowa układu dolotowego

W skład układu dolotowego wchodzi rozwidlony kolektor dolotowy, przewód rurowy i filtr. Filtr posiada wymienny wkład wykonany z bibuły lub papieru. Może on być suchy lub mokry. W tym drugim przypadku zawiera olej silnikowy. Kolektor dolotowy jest tak ukształtowany aby przepływające przez niego powietrze napotykało jak najmniejszy opór. Zazwyczaj wykonany (odlany) jest ze stopu aluminium lub z tworzywa sztucznego. Czasami układ dolotowy wzbogacony jest o takie części jak odma czyli przewód odpowietrzania komory korbowej z separatorem oleju, sprężarka mechaniczna napędzana od wału silnika albo energią gazów spalinowych (turbosprężarka), elektrocharger czyli sprężarka.

Więcej o układzie dolotowym

Układ smarowania

Pierwsze układy smarowania

Na początku układ smarowania tworzyła miska olejowa, w której zanurzony był wał korbowy. Olej był rozprowadzany był przez rozbryzgiwanie. Rozwój silników, a więc zwiększenie ich momentów obrotowych, mocy, stopnia skomplikowania konstrukcji spowodował, że konieczne stało się doprowadzanie oleju do miejsc, do których nie mógł dotrzeć poprzez rozbryzgiwanie. Olej zaczęto wykorzystywać także do chłodzenia silników, które wraz z rozwojem zaczęły pracować w wyższych temperaturach. Czynniki te przyczyniły się do rozbudowy układu smarowania.

Funkcje układu smarowania

Silnik spalinowy składa się z wielu części, których praca wywołuje tracie. Poprzez związane z nim opory wpływa ono na ich zużycie oraz na podwyższenie temperatury pracy jednostki napędowej. Aby zniwelować te niekorzystne zjawiska stosuje się w silnikach spalinowych do smarowania olej silnikowy.

Budowa układu smarowania

Układ olejowy składa się ze zbiornika oleju, czyli miski olejowej, pompy i przewodów. Olej rozprowadzany jest pod ciśnieniem wytwarzanym przez pompę kanalikami znajdującymi się między innymi w głowicy silnika i bloku.

Więcej o układzie smarowania

Mechanizm korbowy

Budowa mechanizmu korbowego

Mechanizm korbowy to część wału korbowego. Składa się na niego wykorbienie, z którym współpracuje korbowód i tłok.

Działanie mechanizmu korbowego

Podstawową funkcją mechanizmu korbowego jest zamiana postępowo-zwrotnego ruchu tłoka silnika na ruch obrotowy wału korbowego. Wał korbowy łączy się z tłokiem jednostki napędowej przez korbowód. W trakcie pracy silnika wał korbowy wykonuje ruch złożony. Jego ruch postępowy wywoływany jest przez aktywność tłoka. Obrót korby wału korbowego sprawia, że korbowód porusza się wahadłowo dookoła sworznia tłokowego. Ten ostatni łączy korbowód z tłokiem.

Siły działające na korbowód

Największy wpływ na działanie korbowodu mają siły ciśnienia gazów oraz siły masowe. Ponadto w mechanizmie korbowym występuje tarcie. W dużych silnikach nie bez znaczenia pozostaje siła ciężkości tłoka. Siły ciśnienia gazów spowodowane są ciśnieniem występującym w cylindrze silnika. Największa siła gazowa pojawia się na początku suwu rozprężania. W cylindrze panuje wtedy największe ciśnienie. W zależności od rodzaju silnika może dochodzić 5000 kPa, 7000 kPa a przy wtrysku bezpośrednim nawet do 9000 kPa.

Siły masowe wywoływane są bezwładnością masy układu korbowego. Uogólniając w masie układu korbowego wyodrębnia się masę poruszającą się postępowo, wokół osi sworznia tłokowego oraz masę poruszającą się obrotowo wokół osi czopa korbowego. Pierwsza z tych mas wywołuje siłę bezwładności, czyli posuwistą natomiast druga siłę odśrodkową. Siła posuwista zależna jest od masy i jej chwilowego przyśpieszenia. Siłą bezwładności jest przeciwnie skierowana niż przyśpieszenie. Siłą odśrodkowa jest niezmienna pod warunkiem, że siłą obrotowa jest stała. Opisane powyżej siły przez korbowód i wał korbowy przenoszone są na zawieszenie silnika. W silniku wielocylindrowym masy wywołują momenty będące przyczyną powstawania sił reakcji w jego punktach podparcia. Aby zniwelować szkodliwe efekty działania tych sił i momentów stosuje się wyrównoważenia.

Więcej o mechanizmie korbowym