Komponenty systemu

Przegląd systemu

Zespoły mechaniczne i części diesla Najpierw opisany jest następujący silnik i podzielony na trzy duże części.

• Korbowód
• mechanizm korbowy
• Mechanizm dystrybucji gazu

Te trzy części są w ciągłej interakcji. zależności, które mają istotny wpływ na właściwości silnika:
• przerwa między płomieniami;
• kolejność działania cylindrów;
• równoważenie mas.

Interwał zapłonu
Elementy mechaniczne silnika dzielą się głównie na trzy grupy: skrzynia korbowa, mechanizm korbowy i napęd zaworów. Te trzy grupy są ściśle powiązane i powinny być wspólnie uzgodnione. Przerwa zapłonu to kąt obrotu wału korbowego między dwoma kolejnymi zapłonami.
Podczas jednego cyklu roboczego mieszanka paliwowo-powietrzna jest zapalana raz w każdym cylindrze. Cykl pracy (ssanie, sprężanie, suw roboczy, wydech) dla silnika czterosuwowego zajmuje dwa pełne obroty wału korbowego, czyli kąt obrotu wynosi 720 °.
Ten sam interwał zapłonu zapewnia równomierną pracę silnika przy wszystkich prędkościach. Ten interwał zapłonu uzyskuje się w następujący sposób:
interwał zapłonu = 720 °: liczba cylindrów

Przykłady:

• silnik czterocylindrowy: wał korbowy 180° (KB)
• silnik sześciocylindrowy: 120° KB
• silnik ośmiocylindrowy: 90° kW.

Im większa liczba cylindrów, tym krótszy odstęp między zapłonami. Im krótsza przerwa między pożarami, tym bardziej równomiernie pracuje silnik.
Przynajmniej teoretycznie, ponieważ uzupełnia się to również wyważaniem mas, które zależy od konstrukcji silnika i kolejności pracy cylindrów. Aby zapłon mógł mieć miejsce w cylindrze, odpowiedni tłok musi znajdować się w „GMP końca suwu sprężania”, to znaczy odpowiednie zawory wlotowe i wydechowe muszą być zamknięte. Może to nastąpić tylko wtedy, gdy wał korbowy i wałki rozrządu są prawidłowo ustawione względem siebie.Odstęp między zapłonami określa względne położenie czopów korbowodów (odległość kątowa między kolanami) wału korbowego, czyli kąt między czopami kolejnych cylindrów (kolejność działanie cylindrów), aby osiągnąć równomierną pracę.
Właśnie dlatego silniki BMW V8 mają kąt rzędów cylindrów wynoszący 90 °.

Kolejność cylindrów
Kolejność cylindrów to kolejność, w jakiej następuje zapłon w cylindrach silnika.
Za płynną pracę silnika odpowiada bezpośrednio kolejność cylindrów. Jest określany w zależności od konstrukcji silnika, liczby cylindrów i okresu zapłonu.
Kolejność działania cylindrów jest zawsze wskazywana począwszy od pierwszego cylindra.

Równoważenie mas
Jak opisano wcześniej, płynność pracy silnika zależy od konstrukcji silnika, liczby cylindrów, kolejności cylindrów i interwału zapłonu.
Ich wpływ można zilustrować na przykładzie silnika sześciocylindrowego, który BMW produkuje jako silnik rzędowy, choć zajmuje on więcej miejsca i jest bardziej pracochłonny w produkcji. Różnicę można zrozumieć, porównując bilans mas sześciocylindrowych silników rzędowych i V-kształtnych.
Poniższa grafika przedstawia momenty bezwładności sześciocylindrowego silnika rzędowego BMW 60° V-6 i 90° V-6.
Różnica jest oczywista. W przypadku sześciocylindrowego silnika rzędowego ruchy mas są wyważone tak, że cały silnik jest praktycznie nieruchomy. Natomiast sześciocylindrowe silniki w kształcie litery V mają wyraźną tendencję do poruszania się, co objawia się nierównomierną pracą.

Części ciała
Części korpusu silnika izolują się od otoczenia i absorbują różne siły, które powstają podczas pracy silnika.

Części korpusu silnika składają się z głównych części pokazanych na poniższym rysunku. Skrzynia korbowa potrzebuje również uszczelek i śrub do wykonywania swoich zadań.

Główne cele:

• postrzeganie sił powstających podczas pracy silnika;
• uszczelnienie komór spalania, miski olejowej i płaszcza chłodzącego;
• umieszczenie mechanizmu korbowego i napędu zaworu, a także innych jednostek.

Mechanizm korbowy
Mechanizm korbowy odpowiada za zamianę ciśnienia powstającego w wyniku spalania mieszanki paliwowo-powietrznej na ruch użyteczny. W takim przypadku tłok otrzymuje przyspieszenie prostoliniowe. Korbowód przenosi ten ruch na wał korbowy, który zamienia go w ruch obrotowy.

Mechanizm korbowy to grupa funkcyjna, która przekształca ciśnienie w komorze spalania na energię kinetyczną. W tym przypadku ruch posuwisto-zwrotny tłoka zamienia się w ruch obrotowy wału korbowego. Mechanizm korbowy jest optymalnym rozwiązaniem pod względem wydajności pracy, wydajności i wykonalności technicznej.

Oczywiście istnieją następujące ograniczenia techniczne i wymagania projektowe:

• ograniczenie prędkości spowodowane siłami bezwładności;
• niestałość sił podczas cyklu roboczego;
• występowanie drgań skrętnych, które powodują obciążenia przekładni i wału korbowego;
• interakcja różnych powierzchni ciernych.

Napęd zaworu
Siłownik zaworu steruje zmianą ładunku. Nowoczesne silniki wysokoprężne BMW wykorzystują wyłącznie gotowy napęd zaworowy z czterema zaworami na cylinder. Ruch jest przenoszony na zawór poprzez dźwignię popychacza.

Silnik musi być okresowo zasilany powietrzem zewnętrznym, a wytwarzane przez niego spaliny muszą być odprowadzane. W przypadku silnika czterosuwowego pobieranie powietrza zewnętrznego i odprowadzanie spalin nazywamy wymianą ładunku lub wymianą gazu. Podczas procesu zmiany ładunku porty wlotowy i wylotowy są okresowo otwierane i zamykane przez zawory wlotowe i wylotowe.
Zawory wzniosowe służą jako zawory wlotowe i wylotowe. Rozrząd i kolejność ruchów zaworów zapewnia wałek rozrządu.

Projekt
Napęd zaworu składa się z następujących części:

• wałki rozrządu;
• elementy transmisyjne (dźwignie rolkowe popychaczy);
• zawory (cała grupa);
• hydrauliczna kompensacja luzu zaworowego (HVA), jeśli jest na wyposażeniu;
• prowadnice zaworów ze sprężynami zaworowymi.

Poniższa ilustracja przedstawia konstrukcję czterozaworowej głowicy cylindrów (silnik M47) z ramionami popychaczy rolkowych i hydrauliczną kompensacją luzu zaworowego.

Konstrukcje
Napęd zaworu jest dostępny w różnych wersjach. Wyróżniają się następującymi cechami:

• liczba i lokalizacja zaworów;
• liczba i lokalizacja wałków rozrządu;
• sposób przenoszenia ruchu na zawory;
• sposób regulacji luzów zaworowych.

Obecnie silniki wysokoprężne BMW mają tylko cztery zawory na cylinder i dwa górne wałki rozrządu na każdy zespół cylindrów (dohc). Silniki BMW M21 / M41 / M51 miały tylko dwa zawory na cylinder i jeden wałek rozrządu na każdy zespół cylindrów (ohc).
Przenoszenie ruchu krzywek wałka rozrządu na zawory w silnikach wysokoprężnych BMW odbywa się za pomocą popychaczy rolkowych. W tym przypadku wymagany luz pomiędzy krzywką wałka rozrządu a tzw. popychaczem (np. popychacz rolkowy) zapewnia system mechanicznej lub hydraulicznej kompensacji luzu zaworowego (HVA).
Poniższa ilustracja przedstawia części siłownika zaworu silnika M57.

Zablokuj skrzynię korbową

Skrzynia korbowa, zwana również blokiem cylindrów, zawiera cylindry, płaszcz chłodzący i skrzynię korbową napędu. Wymagania i zadania dla skrzyni korbowej są wysokie ze względu na złożoność dzisiejszych silników Hightech.Jednak rozwój skrzyni korbowej przebiega w tym samym tempie, zwłaszcza że wiele nowych lub ulepszonych systemów współpracuje ze skrzynią korbową.

Poniżej wymieniono główne zadania.

• Postrzeganie sił i momentów
• Umieszczenie mechanizmu korbowego
• Umieszczenie i podłączenie butli
• Umiejscowienie łożysk wału korbowego
• Umieszczenie kanałów chłodziwa i układów smarowania
• Integracja systemu wentylacji
• Mocowanie różnych akcesoriów i załączników
• Uszczelnienie wnęki skrzyni korbowej

W oparciu o te zadania powstają różne i nakładające się wymagania dotyczące wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie, zginanie i skręcanie. W szczególności:

• siły oddziaływania gazów, które są odbierane przez połączenia gwintowe głowicy cylindrów i łożysk wału korbowego;
• wewnętrzne siły bezwładności (siły zginające), które są wynikiem działania sił bezwładności podczas obrotu i drgań;
• wewnętrzne siły skręcające (siły skręcające) pomiędzy poszczególnymi cylindrami;
• moment obrotowy wału korbowego, a co za tym idzie siły reakcji mocowań silnika;
• swobodne siły i momenty bezwładności, w wyniku działania sił bezwładności podczas drgań, które są odbierane przez łożyska silnika.

Projekt
Podstawowy kształt skrzyni korbowej nie zmienił się zbytnio od początku budowy silnika. Zmiany w projekcie wpłynęły na szczegóły, na przykład liczbę części, z których wykonana jest blokowa skrzynia korbowa lub jak wykonane są jej poszczególne części. Wzory można klasyfikować w zależności od wersji:

• Górna płyta;
• obszar łożyska głównego łożyska;
• cylindry.

Górna płyta
Płyta górna może być wykonana w dwóch różnych wersjach: zamkniętej i otwartej. Konstrukcja wpływa zarówno na proces odlewania, jak i sztywność skrzyni korbowej.
W wersji zamkniętej górna płyta skrzyni korbowej jest całkowicie zamknięta wokół cylindra.
Zapewniono otwory i kanały do ​​doprowadzania oleju pod ciśnieniem, spuszczania oleju, chłodziwa, wentylacji skrzyni korbowej i połączeń śrubowych głowicy cylindrów.
Otwory chłodziwa łączą płaszcz wodny otaczający cylinder z płaszczem wodnym w głowicy cylindra.
Ta konstrukcja ma wady w zakresie chłodzenia cylindrów w strefie GMP. Zaletą wersji zamkniętej w porównaniu z otwartą jest wyższa sztywność płyty górnej, a co za tym idzie mniejsze odkształcenie płyty, mniejsze przemieszczenie cylindra i lepsza akustyka.
W wersji otwartej płaszcz wodny otaczający cylinder jest otwarty od góry. Poprawia to chłodzenie cylindrów u góry. Mniejsza sztywność jest obecnie kompensowana przez zastosowanie metalowej uszczelki głowicy.

Rys. 2 - Zamknięta wersja płyty górnej silnika M57TU2 Skrzynie korbowe silników wysokoprężnych BMW wykonane są z żeliwa szarego. Począwszy od silników M57TU2 i U67TU skrzynia korbowa wykonana jest z wysokowytrzymałego stopu aluminium.

Silniki wysokoprężne BMW wykorzystują konstrukcję z zamkniętą płytą. Obszar łożyska głównego łożyska
Szczególne znaczenie ma konstrukcja obszaru łoża łożyska głównego, ponieważ w tym miejscu odczuwalne są siły działające na łożysko wału korbowego.
Wersje różnią się płaszczyzną połączenia skrzyni korbowej z miską olejową oraz konstrukcją pokryw łożysk głównych.
Wersje płaszczyzny złącza:

• kołnierz miski olejowej na środku wału korbowego;
• kołnierz miski olejowej poniżej środka wału korbowego.

Konstrukcje pokryw łożysk głównych:
• oddzielne pokrywy łożysk głównych;
• integracja w jedną ramę.

Łożysko z łożyskiem głównym
Łożysko łożyska to górna część wspornika wału korbowego w skrzyni korbowej. Łożyska łożyskowe są zawsze zintegrowane z odlewem skrzyni korbowej.
Liczba łoży łożyskowych zależy od konstrukcji silnika, przede wszystkim od liczby cylindrów i ich lokalizacji. Obecnie ze względu na redukcję drgań stosuje się maksymalną liczbę głównych łożysk wału korbowego. Maksymalna liczba oznacza, że ​​przy każdym kolanku wału korbowego znajduje się łożysko główne.
Gdy silnik pracuje, gaz we wnęce skrzyni korbowej jest w ciągłym ruchu. Ruchy tłoków działają na gaz jak pompa. Aby zmniejszyć straty związane z tą pracą, wiele dzisiejszych silników ma otwory w gniazdach łożysk. Ułatwia to wyrównanie ciśnienia w całej skrzyni korbowej.

Płaszczyzna złącza skrzyni korbowej

Płaszczyzna połączenia skrzyni korbowej z miską olejową tworzy kołnierz miski olejowej. Istnieją dwa projekty. W pierwszym przypadku płaszczyzna połączenia leży pośrodku wału korbowego. Ponieważ ta konstrukcja jest ekonomiczna w produkcji, ale ma znaczne wady pod względem sztywności i akustyki, nie jest stosowana w silnikach wysokoprężnych BMW.
Z drugim projektem (V) kołnierz miski olejowej znajduje się poniżej środka wału korbowego. Jednocześnie wyróżnia się blokową skrzynię korbową z obniżonymi ścianami i blokową skrzynię korbową.
z górną i dolną częścią, ta ostatnia nazywana jest konstrukcją podstawy (Z). Silniki wysokoprężne BMW mają obniżoną skrzynię korbową.

Silnik M67 wykorzystuje również konstrukcję typu downwall. Zapewnia to wysoką sztywność dynamiczną i dobrą akustykę. Stalowy mostek zmniejsza naprężenia na śrubach pokrywy łożyska i dodatkowo wzmacnia główny obszar łoża łożyska.

Rys. 6 - Koncepcja belki nośnej

Koncepcja belki nośnej
Aby osiągnąć wysoką sztywność dynamiczną, skrzynie korbowe silników wysokoprężnych BMW zaprojektowano zgodnie z zasadą belki nośnej. Dzięki tej konstrukcji w ścianach skrzyni korbowej odlewane są poziome i pionowe elementy o przekroju skrzynkowym. Ponadto skrzynia korbowa ma obniżone ścianki, które sięgają do 60 mm poniżej środka wału korbowego i kończą się płaszczyzną do montażu miski olejowej.

Główna pokrywa łożyska
Główne pokrywy łożysk to dolna część łożysk wału korbowego. Podczas produkcji skrzyni korbowej łoża i główne pokrywy łożysk są obrabiane razem. Dlatego konieczne jest ich stałe położenie względem siebie. Odbywa się to zwykle za pomocą tulei centrujących lub bocznych powierzchni w łóżkach. Jeśli skrzynia korbowa i pokrywy łożyska głównego są wykonane z tego samego materiału, pokrywy mogą ulec pęknięciu.
Zerwanie pokrywy łożyska głównego przez złamanie tworzy precyzyjną powierzchnię zerwania. Ta struktura powierzchni precyzyjnie centruje główną pokrywę łożyska po umieszczeniu na łóżku. Nie jest wymagana dodatkowa obróbka powierzchni.

Inną opcją precyzyjnego pozycjonowania jest tłoczenie powierzchni łoża i pokrywy łożyska głównego.
To mocowanie zapewnia całkowicie płynne przejście między łożem a pokrywą w otworze łożyska głównego po ponownym montażu.

Rys. 8 - Wytłaczanie powierzchni pokrywy łożyska głównego silnika M67TU
1 Główna pokrywa łożyska
2 Tłoczenie powierzchni pokrywy łożyska głównego
3 Wzajemny kształt powierzchni łoża łożyska głównego
4 Łożysko z łożyskiem głównym

Kiedy powierzchnia jest wytłoczona, pokrywa łożyska głównego uzyskuje określony profil. Kiedy śruby pokrywy łożyska głównego są dokręcane po raz pierwszy, profil ten jest odciskany na powierzchni łoża i zapewnia brak ruchu w kierunku poprzecznym i wzdłużnym.
Pokrywy łożysk głównych są prawie zawsze wykonane z żeliwa szarego. Ogólna obróbka za pomocą aluminiowej skrzyni korbowej, choć wymagająca, jest dziś powszechna w produkcji wielkoseryjnej. Połączenie aluminiowej skrzyni korbowej z pokrywami łożysk głównych z żeliwa szarego daje pewne korzyści. Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej żeliwa szarego ogranicza luzy robocze wału korbowego. Wraz z dużą sztywnością żeliwa szarego prowadzi to do zmniejszenia hałasu w obszarze łoża łożyska głównego.

Cylinder i tłok tworzą komorę spalania. Tłok jest wkładany do tulei cylindrowej. Gładka powierzchnia tulei cylindrowej wraz z pierścieniami tłokowymi zapewnia skuteczne uszczelnienie. Dodatkowo cylinder oddaje ciepło do skrzyni korbowej lub bezpośrednio do chłodziwa. Konstrukcje butli różnią się w zależności od użytego materiału:

• Konstrukcja monometaliczna (tuleja cylindra i skrzynia korbowa wykonane są z tego samego materiału);
• technologia wkładania (tuleja cylindra i skrzynia korbowa są wykonane z różnych materiałów, fizycznie połączone);
• technologia łączenia (tuleja cylindra i skrzynia korbowa są wykonane z różnych materiałów, połączone metalem).

Konstrukcja monometaliczna
W konstrukcji monometalicznej cylinder jest wykonany z tego samego materiału co skrzynia korbowa. Przede wszystkim skrzynia korbowa z żeliwa szarego i skrzynia korbowa AISi są produkowane zgodnie z zasadą konstrukcji monometalicznej. Wymaganą jakość powierzchni uzyskuje się poprzez wielokrotną obróbkę. Silniki wysokoprężne BMW mają monometaliczne skrzynie korbowe wykonane wyłącznie z żeliwa szarego, ponieważ maksymalne ciśnienie zapłonu osiąga 180 barów.

Technologia wstawiania
Materiał bloku skrzyni korbowej nie zawsze spełnia wymagania dla cylindra. Dlatego cylinder jest często wykonany z innego materiału, zwykle w połączeniu z aluminiową skrzynią korbową. Wyróżnia się tuleje cylindrowe:

1. metodą połączenia skrzyni korbowej bloku z tuleją

• zintegrowany z odlewem
• prasowany
• sprężony
• podłącz.

2. zgodnie z zasadą pracy w blokowej skrzyni korbowej

• mokry i
• suchy

3. według materiału

• wykonane z żeliwa szarego lub
• aluminium

Mokre tuleje cylindrowe mają bezpośredni kontakt z płaszczem wodnym, tzn. tuleje cylindrowe i odlewana skrzynia korbowa tworzą płaszcz wodny. W przypadku suchych tulei cylindrowych płaszcz wodny znajduje się całkowicie w odlewanej skrzyni korbowej – podobnie jak w przypadku konstrukcji monometalicznej. Tuleja cylindra nie ma bezpośredniego kontaktu z płaszczem wodnym.

Rys. 9 - Suche i mokre tuleje cylindrowe
A Cylinder z suchym otworem
V Cylinder mokrej wkładki
1 Zablokuj skrzynię korbową
2 Tulei cylindrowej
3 Kurtka wodna

Mokre tuleje cylindrów mają zaletę przenoszenia ciepła, podczas gdy suche tuleje mają zaletę zdolności produkcyjnych i przetwórczych. Ogólnie rzecz biorąc, koszt produkcji tulei cylindrowych zmniejsza się, gdy ilość jest duża. Wykładziny z żeliwa szarego dla silników M57TU2 i M67TU są poddawane obróbce cieplnej.

Technologia połączeń
Inną możliwością wykonania lustra cylindrycznego z aluminiową skrzynią korbową jest technologia łączenia. Ponownie tuleje cylindrowe są wkładane podczas odlewania. Oczywiście odbywa się to za pomocą specjalnego procesu (np. wysokiego ciśnienia), tzw. międzymetalicznego związku blokowego skrzyni korbowej. W ten sposób lusterko cylindryczne i skrzynia korbowa są nierozłączne. Technologia ta ogranicza wykorzystanie procesów odlewniczych, a tym samym konstrukcję skrzyni korbowej. Ta technologia nie jest obecnie stosowana w silnikach wysokoprężnych BMW.

Obróbka luster cylindrycznych
Otwór cylindra jest powierzchnią ślizgową i uszczelniającą tłoka i pierścieni tłokowych. Jakość powierzchni otworu cylindra ma decydujące znaczenie dla tworzenia i rozprowadzania filmu olejowego pomiędzy stykającymi się częściami. Dlatego też chropowatość otworu cylindra jest w dużej mierze odpowiedzialna za zużycie oleju i zużycie silnika. Otwór cylindra jest wykańczany przez honowanie. Gładzenie to polerowanie powierzchni za pomocą połączonego ruchu obrotowego i posuwisto-zwrotnego narzędzia skrawającego. Skutkuje to wyjątkowo małym ugięciem cylindra i jednorodną niską chropowatością powierzchni. Obróbka powinna być delikatna w stosunku do materiału, aby wykluczyć odpryski, nierówności w punktach przejścia i tworzenie się zadziorów.

Materiały (edytuj)

Nawet teraz skrzynia korbowa jest jedną z najcięższych części w całym aucie. I zajmuje najbardziej krytyczne miejsce dla dynamiki jazdy: miejsce nad przednią osią. Dlatego właśnie tutaj podejmowane są próby pełnego wykorzystania potencjału redukcji masy ciała. Żeliwo szare, które od dziesięcioleci jest używane jako materiał skrzyni korbowej, jest coraz częściej zastępowane stopami aluminium w silnikach wysokoprężnych BMW. Pozwala to na uzyskanie znacznej redukcji masy. W silniku M57TU jest to 22 kg.
Jednak przewaga wagi nie jest jedyną różnicą, jaka ma miejsce podczas przetwarzania i używania innego materiału. Zmieniają się również akustyka, właściwości antykorozyjne, wymagania dotyczące obróbki produkcyjnej oraz zakres usług.

Żeliwo szare
Żeliwo to stop żelaza o zawartości węgla ponad 2% i zawartości krzemu ponad 1,5%. W żeliwie szarym nadmiar węgla zawarty jest w postaci grafitu
Do blokowych skrzyń korbowych silników wysokoprężnych BMW stosowano i stosuje się żeliwo z grafitem płytkowym, którego nazwa pochodzi od umiejscowienia w nim grafitu. Pozostałe składniki stopu to bardzo małe ilości manganu, siarki i fosforu.
Od samego początku żeliwo było oferowane jako materiał na blokowe skrzynie korbowe silników seryjnych, ponieważ materiał ten nie jest drogi, jest po prostu przetwarzany i posiada niezbędne właściwości. Stopy lekkie przez długi czas nie mogły sprostać tym wymaganiom. BMW stosuje w swoich silnikach żelazo grafitowe ze względu na jego szczególnie korzystne właściwości.
Mianowicie:

• dobra przewodność cieplna;
• dobre właściwości wytrzymałościowe;
• prosta obróbka;
• dobre właściwości odlewnicze;
• bardzo dobre tłumienie.

Znakomite tłumienie jest jedną z wyróżniających właściwości żeliwa płytkowego. Oznacza to zdolność do odbierania drgań i tłumienia ich w wyniku tarcia wewnętrznego. Poprawia to znacznie właściwości wibracji i akustyczne silnika.
Dobre właściwości, wytrzymałość i łatwa obsługa sprawiają, że skrzynia korbowa z żeliwa szarego jest nadal konkurencyjna. Ze względu na ich wysoką wytrzymałość, silniki benzynowe i wysokoprężne M są nadal produkowane z żeliwnymi skrzyniami korbowymi. W przyszłości tylko lekkie stopy będą w stanie sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym masy silnika w samochodzie osobowym.

Stopy aluminium
Skrzynie korbowe ze stopu aluminium są nadal stosunkowo nowe w silnikach wysokoprężnych BMW. Pierwszymi przedstawicielami nowej generacji są silniki M57TU2 i M67TU.
Gęstość stopów aluminium wynosi około jednej trzeciej gęstości żeliwa szarego. Nie oznacza to jednak, że przewaga wagowa ma taki sam stosunek, ponieważ ze względu na mniejszą wytrzymałość taka blokowa skrzynia korbowa musi być masywniejsza.

Inne właściwości stopów aluminium:

• dobra przewodność cieplna;
• dobra odporność chemiczna;
• dobre właściwości wytrzymałościowe;
• prosta obróbka.

Czyste aluminium nie nadaje się do odlewania blokowej skrzyni korbowej, ponieważ ma niewystarczająco dobre właściwości wytrzymałościowe. W przeciwieństwie do żeliwa szarego, główne składniki stopowe dodawane są tutaj w stosunkowo dużych ilościach.

Stopy dzielą się na cztery grupy, w zależności od dominującego dodatku stopowego.
Te dodatki:

• krzem (Si);
• miedź (Si);
• magnez (Md);
• cynk (Zn).

W przypadku aluminiowych skrzyń korbowych silników wysokoprężnych BMW stosuje się wyłącznie stopy AlSi. Wzbogacone są niewielkimi dodatkami miedzi lub magnezu.
Krzem ma pozytywny wpływ na wytrzymałość stopu. Jeśli składnik ma więcej niż 12%, specjalna obróbka może uzyskać bardzo wysoką twardość powierzchni, chociaż cięcie będzie trudniejsze. Znakomite właściwości odlewnicze obserwuje się w regionie 12%.
Dodatek miedzi (2-4%) może poprawić właściwości odlewnicze stopu, jeśli zawartość krzemu jest mniejsza niż 12%.
Niewielki dodatek magnezu (0,2-0,5%) znacznie podnosi wartości wytrzymałościowe.
Oba silniki wysokoprężne BMW wykorzystują AISi7MgCuO, 5 stopu aluminium. Materiał był już stosowany przez BMW do produkcji głowic cylindrów Diesla.
Jak widać z oznaczenia AIS17MgCuO,5 stop ten zawiera 7% krzemu i 0,5% miedzi.
Charakteryzuje się dużą siłą dynamiczną. Inne pozytywne właściwości to dobre właściwości odlewnicze i ciągliwość. To prawda, że ​​nie pozwala na uzyskanie wystarczająco odpornej na zużycie powierzchni, która jest niezbędna dla otworu cylindra. Dlatego skrzynie korbowe wykonane z AISI7MgCuO, 5 muszą być wykonane z tulejami cylindrowymi (patrz rozdział „Cylindry”).

Przegląd tabelaryczny

informacje ogólne
Zmontowana głowica cylindrów, jak żadna inna grupa funkcjonalna silnika, określa właściwości użytkowe, takie jak moc, moment obrotowy i emisja, zużycie paliwa i akustyka. Prawie cały mechanizm dystrybucji gazu znajduje się w głowicy cylindra.
W związku z tym zadania, które musi rozwiązać głowica cylindra, są również obszerne:

• percepcja sił;
• umieszczenie napędu zaworu;
• umieszczenie kanałów do zmiany opłaty;
• umieszczenie świec żarowych;
• umieszczenie dysz;
• umieszczenie kanałów chłodziwa i systemów smarowania;
• ograniczenie butli od góry;
• odprowadzanie ciepła do chłodziwa;
• mocowanie pomocniczych i przystawek i czujników.

Z zadań wynikają następujące obciążenia:
• siły oddziaływania gazów, które są odbierane przez połączenia gwintowe głowicy cylindrów;
• moment obrotowy wałka rozrządu;
• siły powstające w łożyskach wałka rozrządu.

Procesy wtrysku
W silnikach wysokoprężnych, w zależności od konstrukcji i układu komory spalania, rozróżnia się wtrysk bezpośredni i pośredni. Ponadto w przypadku wtrysku pośredniego rozróżnia się z kolei komorę wirową i formowanie mieszanki przedkomorowej.

Mieszanie w komorze wstępnej

Komora wstępna jest wyśrodkowana w stosunku do głównej komory spalania. Ta komora wstępnego spalania jest wtryskiwana paliwem do wstępnego spalania. Główne spalanie następuje ze znanym opóźnieniem samozapłonu w komorze głównej. Przedpokój połączony jest z komorą główną kilkoma otworami.
Paliwo jest wtryskiwane za pomocą wielostopniowej dyszy wtryskowej pod ciśnieniem około 300 barów. Odblaskowa powierzchnia w środku komory rozbija strumień paliwa i miesza się z powietrzem. W ten sposób powierzchnia odbijająca ułatwia szybkie tworzenie mieszanki i usprawniony ruch powietrza.

Wadą tej technologii jest duża powierzchnia chłodząca przedsionka. Sprężone powietrze schładza się stosunkowo szybko. Dlatego takie silniki są uruchamiane bez pomocy świec żarowych, z reguły tylko przy temperaturze płynu chłodzącego co najmniej 50 ° C.
Dzięki dwustopniowemu spalaniu (najpierw w przedsionku, a następnie w komorze głównej) spalanie przebiega płynnie i prawie całkowicie przy stosunkowo płynnej pracy silnika. Taki silnik zapewnia redukcję emisji szkodliwych substancji, ale jednocześnie rozwija mniejszą moc w porównaniu z silnikiem z wtryskiem bezpośrednim.

Mieszanie w komorze wirowej
Wtrysk do komory wirowej, podobnie jak wtrysk poprzednio wymiarowy, jest odmianą wtrysku pośredniego.
Komora wirowa ma kształt kuli i znajduje się oddzielnie na krawędzi głównej komory spalania. Główna komora spalania i komora wirowa są połączone prostym kanałem stycznym. Stycznie skierowany prosty kanał tworzy silne turbulencje powietrza po sprężeniu. Olej napędowy dostarczany jest przez wielostopniową dyszę wtryskową. Ciśnienie otwarcia stopniowanego wtryskiwacza paliwa wynosi 100-150 barów. Kiedy wtryskiwana jest drobno rozpylona chmura paliwa, mieszanina ulega częściowemu zapaleniu i osiąga pełną moc w głównej komorze spalania. Konstrukcja komory wirowej oraz usytuowanie dyszy i świecy żarowej to czynniki decydujące o jakości spalania.
Oznacza to, że spalanie rozpoczyna się w kulistej komorze wirowej, a kończy w głównej komorze spalania. Do uruchomienia silnika wymagane są świece żarowe, ponieważ pomiędzy komorą spalania a komorą wirową znajduje się duża powierzchnia, która pomaga szybko schłodzić powietrze wlotowe.
Pierwszy produkowany seryjnie silnik wysokoprężny BMW, M21D24, wykorzystuje zasadę komory wirowej.

Bezpośredni wtrysk
Technologia ta eliminuje separację komory spalania. Oznacza to, że przy wtrysku bezpośrednim nie ma przygotowania mieszaniny roboczej w sąsiedniej komorze. Paliwo wtryskiwane jest przez dyszę bezpośrednio do komory spalania nad tłokiem.
W przeciwieństwie do wtrysku pośredniego stosuje się dysze wielostrumieniowe. Ich dysze muszą być zoptymalizowane i dostosowane do konstrukcji komory spalania. Ze względu na wysokie ciśnienie wtryskiwanych dysz następuje natychmiastowe spalanie, które we wcześniejszych modelach prowadziło do głośnej pracy silnika. Jednak takie spalanie uwalnia więcej energii, którą można następnie efektywniej wykorzystać. Zmniejsza to zużycie paliwa. Wtrysk bezpośredni wymaga wyższego ciśnienia wtrysku i odpowiednio bardziej złożonego układu wtryskowego.
W temperaturach poniżej 0 ° C z reguły wstępne podgrzewanie nie jest wymagane, ponieważ straty ciepła przez ściany z powodu pojedynczej komory spalania są zauważalnie mniejsze niż w silnikach z sąsiednimi komorami spalania.

Projekt
Konstrukcja głowic cylindrów bardzo się zmieniła wraz z rozwojem silników. Kształt głowicy cylindra w dużym stopniu zależy od zawartych w niej części.

Na kształt głowicy cylindra wpływają głównie następujące czynniki:

• liczba i lokalizacja zaworów;
• liczba i lokalizacja wałków rozrządu;
• położenie świec żarowych;
• położenie dysz;
• kształt kanałów do zmiany ładunku.

Kolejnym wymogiem dla głowicy cylindrów jest opcjonalnie zwarty kształt.
Kształt głowicy cylindra zależy przede wszystkim od koncepcji napędu zaworu. Aby zapewnić wysoką moc silnika, niskie emisje i niskie zużycie paliwa, konieczne jest zapewnienie wydajnej i elastycznej zmiany doładowania oraz wysokiego stopnia napełnienia cylindra. W przeszłości wykonano następujące czynności w celu optymalizacji tych właściwości:

• górny układ zaworów;
• górna lokalizacja wałka rozrządu;
• 4 zawory na cylinder.

Specjalny kształt portów wlotowych i wylotowych poprawia również zmianę ładunku. Zasadniczo głowice cylindrów rozróżnia się według następujących kryteriów:

• liczba części;
• liczba zaworów;
• koncepcja chłodzenia.

W tym miejscu należy ponownie wspomnieć, że tylko głowica cylindra jest tutaj traktowana jako osobna część. Ze względu na swoją złożoność i silną zależność od nazwanych szczegółów często opisywany jest jako pojedyncza grupa funkcyjna. Inne tematy znajdziesz w odpowiednich rozdziałach.

Liczba części
Mówi się, że głowica cylindra jest jednoczęściowa, gdy składa się tylko z jednego dużego odlewu. Nie uwzględniono tutaj małych części, takich jak pokrywy łożysk wałków rozrządu. Wieloczęściowe głowice cylindrów składają się z kilku oddzielnych części. Typowym tego przykładem są głowice cylindrów z przykręcanymi wspornikami wałków rozrządu. Jednak w silnikach wysokoprężnych BMW stosuje się obecnie tylko jednoczęściowe głowice cylindrów.

Rysunek 15 - Porównanie głowic z dwoma i czterema zaworami
A Głowica cylindra z dwoma zaworami
V Głowica cylindra z czterema zaworami
1- Pokrywa komory spalania
2- Zawory
3- Kanał prosty (mieszanie komory wirowej z dwoma zaworami)
4- Pozycja świec żarowych (4 zawory)
5- Pozycja wtryskiwacza (wtrysk bezpośredni z czterema zaworami)

Liczba zaworów
Początkowo czterosuwowe silniki wysokoprężne miały dwa zawory na cylinder. Jeden wylot i jeden zawór wlotowy. Dzięki zamontowaniu turbosprężarki wydechowej dobre napełnienie cylindrów osiągnięto nawet przy 2 zaworach. Ale od kilku lat wszystkie silniki wysokoprężne mają cztery zawory na cylinder. W porównaniu z dwoma zaworami daje to większą całkowitą powierzchnię zaworu, a tym samym lepszą powierzchnię przepływu. Cztery zawory na cylinder umożliwiają również scentralizowane rozmieszczenie dysz. Ta kombinacja jest niezbędna, aby zapewnić wysoką moc przy niskiej emisji spalin.
Ryc. 16 - Kanał wirowy i kanał napełniania silnika M57
1- Kanał wydechowy
2- Zawory wydechowe
3- Kanał wirowy
4- Dysza
5- Zawory wlotowe
6- Kanał napełniania
7- Zawór wirowy
8- Świeca żarowa

W kanale wirowym napływające powietrze jest obracane, aby zapewnić dobre tworzenie mieszanki przy niskich prędkościach obrotowych silnika.
Poprzez kanał styczny powietrze może bez przeszkód przepływać w linii prostej do komory spalania. Poprawia to napełnianie butli, zwłaszcza przy dużych prędkościach. Czasami instalowany jest zawór wirowy, aby kontrolować napełnianie butli. Zamyka kanał styczny przy niskich prędkościach (silne turbulencje), a przy wyższych otwiera go płynnie (dobre wypełnienie).
Głowica cylindra w nowoczesnych silnikach wysokoprężnych BMW zawiera kanał wirowy i kanał napełniania, a także centralnie umieszczony wtryskiwacz.

• Połączenie obu

W przypadku chłodzenia z przepływem krzyżowym chłodziwo przepływa od gorącej strony wylotowej do zimnej strony wlotowej. Ma to tę zaletę, że w głowicy cylindra następuje równomierne rozprowadzanie ciepła. Natomiast przy chłodzeniu wzdłużnym płyn chłodzący przepływa wzdłuż osi głowicy cylindrów, czyli od przodu do strony przystawki odbioru mocy lub odwrotnie. Płyn chłodzący nagrzewa się coraz bardziej w miarę przemieszczania się z cylindra do cylindra, co oznacza bardzo nierównomierne rozprowadzanie ciepła. Oznacza to również spadek ciśnienia w obiegu chłodzącym.
Połączenie obu typów nie może wyeliminować wad chłodzenia przepływem wzdłużnym. Z tego powodu silniki wysokoprężne BMW wykorzystują wyłącznie chłodzenie krzyżowe.

• uszczelnia głowicę cylindra od góry;
• zmniejsza hałas silnika;
• usuwa gazy przedmuchowe ze skrzyni korbowej;
• umieszczenie układu separacji oleju,

• umieszczenie zaworu regulacji ciśnienia wentylacji skrzyni korbowej;
• umieszczenie czujników;
• umieszczenie przewodów rurowych.

Uszczelka głowicy cylindra
Uszczelka podgłowicowa (ZKD) w każdym silniku spalinowym, czy to benzynowym, czy wysokoprężnym, jest bardzo ważną częścią. Jest narażona na ekstremalne obciążenia termiczne i mechaniczne.

Do zadań ZKD należy izolowanie od siebie czterech substancji:

• spalanie paliwa w komorze spalania
• powietrze atmosferyczne
• olej w kanałach olejowych
• płyn chłodzący

Uszczelki uszczelniające dzielą się głównie na miękkie i metalowe.

Miękkie uszczelki
Uszczelki tego typu są wykonane z miękkich materiałów, ale posiadają metalową ramę lub płytę nośną. Ta płyta posiada miękkie podkładki po obu stronach. Miękkie podkładki są często powlekane tworzywem sztucznym. Taka konstrukcja pozwala mu wytrzymać naprężenia, którym zwykle poddawane są uszczelki głowicy cylindrów. Otwory w ZKD prowadzące do komory spalania są obramowane metalem ze względu na naprężenia. Powłoki elastomerowe są często stosowane do stabilizacji kanałów chłodziwa i oleju.

Uszczelki metalowe
Uszczelki metalowe są stosowane w silnikach o dużej obciążalności. Takie uszczelki zawierają kilka stalowych płyt. Główną cechą uszczelek metalowych jest to, że uszczelnienie odbywa się głównie dzięki falistym płytom i korkom umieszczonym pomiędzy płytami ze stali sprężynowej. Właściwości deformacyjne ZKD pozwalają, po pierwsze, optymalnie leżeć w obszarze głowicy cylindra, a po drugie, w dużej mierze skompensować odkształcenie dzięki elastycznemu powrotowi. Takie elastyczne uzupełnienia powstają w wyniku naprężeń termicznych i mechanicznych.

Grubość wymaganego ZKD jest określona przez wystawanie denka tłoka w stosunku do cylindra. Decyduje najwyższa wartość zmierzona na wszystkich cylindrach. Uszczelka podgłowicowa dostępna jest w trzech grubościach.
Różnica w grubości przekładek zależy od grubości przekładki. Szczegółowe informacje na temat określania występu denka tłoka można znaleźć w TIS.

Miska olejowa

Miska olejowa służy jako zbiornik oleju silnikowego. Wykonany jest z odlewanego ciśnieniowo aluminium lub podwójnej blachy stalowej.

Uwagi ogólne
Miska olejowa zakrywa dno skrzyni korbowej silnika. W silnikach wysokoprężnych BMW kołnierz miski olejowej znajduje się zawsze poniżej środka wału korbowego. Miska olejowa wykonuje następujące zadania:

• służy jako zbiornik na olej silnikowy i
• zbiera kapiący olej silnikowy;
• zamyka skrzynię korbową od dołu;
• jest elementem wzmocnienia silnika a czasem skrzyni biegów;
• służy jako miejsce do montażu czujników i
• rurka prowadząca do miarki poziomu oleju;
• tutaj jest korek spustowy oleju;
• zmniejsza hałas silnika.

Jako uszczelnienie montowana jest uszczelka stalowa. Zainstalowane w przeszłości uszczelki korkowe kurczyły się, co mogło prowadzić do poluzowania połączenia gwintowego.
Aby zapewnić prawidłowe działanie uszczelki stalowej, podczas jej montażu na gumowe powierzchnie nie powinien przedostawać się olej. W pewnych okolicznościach uszczelka może zsunąć się z powierzchni uszczelniającej. Dlatego powierzchnie kołnierzy muszą być oczyszczone bezpośrednio przed montażem. Ponadto należy zadbać o to, aby olej nie kapał z silnika i nie dostał się na powierzchnie kołnierzy i uszczelek.

Wentylacja skrzyni korbowej

Podczas pracy silnika we wnęce skrzyni korbowej tworzą się gazy parterowe, które należy usunąć, aby zapobiec przeciekaniu oleju w obszarach powierzchni uszczelniających pod wpływem nadmiernego ciśnienia. Przyłącze czystego powietrza, które ma niższe ciśnienie powietrza, zapewnia wentylację. W nowoczesnych silnikach system wentylacji regulowany jest za pomocą zaworu regulującego ciśnienie. Separator oleju usuwa olej z przedmuchanych gazów i zawraca go przewodem powrotnym do miski olejowej.

Uwagi ogólne
Gdy silnik pracuje, przedmuchy z cylindra przedostają się do skrzyni korbowej z powodu różnicy ciśnień.
Gazy przedmuchowe zawierają niespalone paliwo i wszystkie składniki spalin. We wnęce skrzyni korbowej mieszają się z olejem silnikowym, który występuje tam w postaci mgły olejowej.
Ilość przedmuchiwanych gazów zależy od ładunku. We wnęce skrzyni korbowej powstaje nadciśnienie, które zależy od ruchu tłoka i prędkości wału korbowego. To nadciśnienie powstaje we wszystkich wnękach podłączonych do wnęki skrzyni korbowej (na przykład w przewodzie spustowym oleju, skrzyni rozrządu itp.) i może prowadzić do wycieku oleju na uszczelkach.
Aby temu zapobiec, opracowano system wentylacji skrzyni korbowej. Początkowo gazy ze skrzyni korbowej zmieszane z olejem silnikowym były po prostu wyrzucane do atmosfery. Ze względów środowiskowych systemy wentylacji skrzyni korbowej są stosowane od dawna.
Układ wentylacji skrzyni korbowej kieruje gazy ze skrzyni korbowej oddzielone od oleju silnikowego do kolektora dolotowego, a krople oleju silnikowego przez rurę spustową oleju do miski olejowej. Ponadto system wentylacji skrzyni korbowej zapewnia, że ​​w skrzyni korbowej nie powstaje nadciśnienie.

Nieregulowana wentylacja skrzyni korbowej
W przypadku niekontrolowanej wentylacji skrzyni korbowej, gazy ze skrzyni korbowej zmieszane z olejem są usuwane przez podciśnienie przy najwyższych obrotach silnika. Ta próżnia jest generowana po podłączeniu do wlotu. Stąd mieszanina wchodzi do separatora oleju. Następuje separacja gazów ze skrzyni korbowej i oleju silnikowego.
W silnikach wysokoprężnych BMW ze stałą wentylacją skrzyni korbowej oddzielanie odbywa się za pomocą siatki drucianej. „Oczyszczone" gazy ze skrzyni korbowej są kierowane do kolektora dolotowego silnika, natomiast olej silnikowy wraca do miski olejowej. Poziom podciśnienia w skrzyni korbowej jest ograniczony przez skalibrowany otwór w kanale czystego powietrza. (uszczelki wału korbowego, kołnierz miski olejowej uszczelka itp.) Niefiltrowane powietrze dostaje się do silnika, w wyniku czego dochodzi do starzenia oleju i tworzenia się szlamu.

Regulowana wentylacja skrzyni korbowej
M51TU to pierwszy silnik wysokoprężny BMW ze zmienną wentylacją skrzyni korbowej.
Silniki wysokoprężne BMW ze zmienną wentylacją skrzyni korbowej do separacji oleju mogą być wyposażone w cyklonowy, labiryntowy lub sitowy separator oleju.
W przypadku kontrolowanej wentylacji skrzyni korbowej wnęka skrzyni korbowej jest podłączona do przewodu czystego powietrza za filtrem powietrza przez następujące elementy:

• kanał wentylacyjny;
• komora parownicza;
• kanał gazowy skrzyni korbowej;
• Separator oleju;
• zawór regulujący ciśnienie.

Rys. 23 - leniwy silnik komory olejowej M47
1- Surowe gazy przedmuchowe
2- Cyklonowy separator oleju
3- Siatkowy separator oleju
4- Zawór regulacji ciśnienia
5- Filtr powietrza
6- Kanał do czyszczenia rurociągu powietrza
7- Wąż do czyszczenia kanału powietrza
8- Czysty rurociąg powietrza

W przewodzie czystego powietrza występuje podciśnienie z powodu pracy turbosprężarki OG.
Pod wpływem różnicy ciśnień w stosunku do skrzyni korbowej, przedmuchane gazy przedostają się do głowicy cylindrów i tam najpierw trafiają do komory wyciszania.
Komora uspokajania służy do tego, aby rozpryskiwany olej, na przykład przez wałki rozrządu, dostał się do układu wentylacji skrzyni korbowej. Jeżeli separacja oleju odbywa się za pomocą labiryntu, zadaniem komory destylacyjnej jest eliminacja wahań gazów ze skrzyni korbowej. Wyeliminuje to wzbudzenie membrany w zaworze regulacji ciśnienia. W silnikach z cyklonowym separatorem oleju wahania te są całkiem do przyjęcia, ponieważ zwiększa to skuteczność separacji oleju. Gaz jest następnie osadzany w cyklonowym separatorze oleju. Dlatego tutaj komora wyciszenia ma inną konstrukcję niż w przypadku labiryntowej separacji oleju.
Przedmuchane gazy przechodzą przewodem zasilającym do separatora oleju, w którym oddzielany jest olej silnikowy. Oddzielony olej silnikowy spływa z powrotem do miski olejowej. Oczyszczone gazy ze skrzyni korbowej są w sposób ciągły podawane przez zawór regulacji ciśnienia do przewodu czystego powietrza przed turbosprężarką OG Nowoczesne silniki wysokoprężne BMW są wyposażone w dwuskładnikowe separatory oleju. Najpierw następuje wstępna separacja oleju za pomocą cyklonowego odolejacza, a następnie ostatnia w kolejnym sitowym odolejaczu. W prawie wszystkich nowoczesnych silnikach wysokoprężnych BMW oba separatory oleju są umieszczone w tej samej obudowie. Wyjątkiem jest silnik M67. Tutaj separacja oleju odbywa się również za pomocą cyklonowych i siatkowych separatorów oleju, ale nie są one połączone w jedną jednostkę. Wstępna separacja oleju odbywa się w głowicy cylindra (aluminium), a końcowa separacja oleju za pomocą sitowego oddzielacza oleju odbywa się w osobnej obudowie z tworzywa sztucznego.

Proces regulacji
Gdy silnik nie pracuje, zawór regulacji ciśnienia jest otwarty (stan A). Ciśnienie otoczenia działa po obu stronach membrany, tzn. membrana jest całkowicie otwarta dzięki działaniu sprężyny.
Po uruchomieniu silnika wzrasta podciśnienie w kolektorze dolotowym i zawór regulacji ciśnienia zamyka się (stan V). Ten stan jest zawsze utrzymywany na biegu jałowym lub podczas jazdy bezwładnej, ponieważ nie ma przedmuchiwanych gazów. W ten sposób na wnętrze membrany działa duża próżnia względna (w stosunku do ciśnienia otoczenia). W takim przypadku ciśnienie otoczenia, które działa na zewnątrz membrany, zamyka zawór wbrew sile sprężyny. Pod obciążeniem i obrotem wału korbowego pojawiają się przedmuchy. Gazy przedmuchowe ( 8 ) zmniejszają względną próżnię, która działa na membranę. W efekcie sprężyna może otworzyć zawór, a przedmuchane gazy ulatniają się. Zawór pozostaje otwarty, dopóki nie zostanie ustalona równowaga między ciśnieniem otoczenia a podciśnieniem skrzyni korbowej plus siła sprężyny (stan Z). Im więcej przedmuchiwanych gazów jest uwalnianych, tym mniejsza staje się próżnia względna działająca na wewnętrzną stronę membrany i tym bardziej otwiera się zawór regulacji ciśnienia. Utrzymuje to pewną próżnię w skrzyni korbowej (ok. 15 mbar).

Separacja oleju

W zależności od typu silnika do uwalniania gazów ze skrzyni korbowej z oleju silnikowego stosuje się różne separatory oleju.

• Cyklonowy separator oleju
• Labiryntowy separator oleju
• Siatkowy separator oleju

Kiedy cyklonowy separator oleju Przedmuchane gazy kierowane są do cylindrycznej komory w taki sposób, że tam się obracają. Siła odśrodkowa wypycha ciężki olej z gazu w kierunku ścianek cylindra. Stamtąd może spłynąć do miski olejowej przez rurę spustową oleju. Odolejacz cyklonowy jest bardzo wydajny. Ale zajmuje dużo miejsca.
V labiryntowy separator oleju przedmuchiwane gazy przepuszczane są przez labirynt wykonany z plastikowych przegród. Ten separator oleju jest umieszczony w obudowie w pokrywie głowicy cylindrów. Olej pozostaje na przegrodach i może spływać do głowicy cylindrów przez specjalne otwory, a stamtąd z powrotem do miski olejowej.
Siatkowy separator oleju w stanie odfiltrować nawet najmniejsze kropelki. Rdzeń sitka to materiał włóknisty. Jednak drobne włókna włókninowe o dużej zawartości sadzy mają tendencję do szybkiego zanieczyszczania porów. Dlatego sitowy separator oleju ma ograniczoną żywotność i należy go wymienić w ramach konserwacji.

Wał korbowy z łożyskami

Wał korbowy zamienia ruch liniowy tłoka na ruch obrotowy. Obciążenia działające na wał korbowy są bardzo duże i niezwykle trudne. Wały korbowe są pijane lub kute do pracy przy zwiększonych obciążeniach. Wały korbowe są wyposażone w łożyska tulejowe, które są dostarczane z olejem. z jednym łożyskiem prowadzącym osiowo.

informacje ogólne
Wał korbowy zamienia prostoliniowy (posuwisto-zwrotny) ruch tłoka na ruch obrotowy. Siły są przenoszone przez korbowody na wał korbowy i zamieniane na moment obrotowy. W tym przypadku wał korbowy jest podtrzymywany przez główne łożyska.

Ponadto wał korbowy przejmuje następujące zadania:

• napęd pomocniczy i osprzęt za pomocą pasów;
• napęd zaworu;
• często napęd pompy oleju;
• w niektórych przypadkach napęd wałków wyważających.

Obciążenie powstaje pod działaniem sił zmieniających się w czasie i kierunku, momentów skręcających i zginających oraz drgań wzbudzonych. Te złożone obciążenia stawiają przed wałem korbowym bardzo wysokie wymagania.
Żywotność wału korbowego zależy od następujących czynników:

• wytrzymałość na zginanie (słabymi punktami są przejścia między gniazdami łożyskowymi a policzkami wału);
• wytrzymałość na skręcanie (zwykle zmniejszona przez otwory smarowe);
• odporność na drgania skrętne (wpływa to nie tylko na sztywność, ale także na hałas);
• odporność na zużycie (w miejscach podpór);
• zużycie uszczelek olejowych (utrata oleju silnikowego z powodu wycieków).

Projekt
Wał korbowy składa się z jednego elementu, odlewanego lub kutego, podzielonego na wiele różnych sekcji. Czopy łożyska głównego pasują do łożysk w skrzyni korbowej.
Poprzez tak zwane policzki (lub czasami kolczyki) czopy korbowodów są połączone z wałem korbowym. Ta część z korbą i policzkami nazywa się kolanem. Silniki wysokoprężne BMW mają główne łożysko wału korbowego obok każdego czopa korbowodu. W silnikach rzędowych jeden korbowód jest połączony z każdym czopem korbowodu przez łożysko; w silnikach w kształcie litery V — dwa. Oznacza to, że wał korbowy 6-cylindrowego silnika rzędowego ma siedem czopów łożysk głównych. Łożyska główne są ponumerowane w rzędzie od przodu do tyłu.
Odległość między czopem korbowodu a osią wału korbowego określa skok tłoka. Kąt między czopami korbowodów określa interwał zapłonu w poszczególnych cylindrach. Przy dwóch pełnych obrotach wału korbowego lub 720 ° następuje jeden zapłon w każdym cylindrze.
Ten kąt, zwany rozstawem czopów korbowych lub kątem kolan, jest obliczany w zależności od liczby cylindrów, konstrukcji (silnik typu V lub rzędowy) oraz kolejności cylindrów. Celem jest płynna i równomierna praca silnika. Na przykład w przypadku silnika 6-cylindrowego otrzymujemy następujące obliczenie. Kąt 720 ° podzielony przez 6 cylindrów daje rozstaw czopów korbowych lub przerwę zapłonu 120 ° wału korbowego.
W wale korbowym znajdują się otwory smarowe. Dostarczają olej do łożysk korbowodu. Biegną one od czopów łożysk głównych do czopów korbowodów i są połączone przez łożyska łożyskowe z obiegiem oleju silnikowego.
Przeciwwagi tworzą masę symetryczną względem osi wału korbowego i przyczyniają się w ten sposób do płynnej pracy silnika. Są one wykonane w taki sposób, że wraz z siłami bezwładności obrotu kompensują również część sił bezwładności ruchu posuwisto-zwrotnego.
Bez przeciwwag wał korbowy uległby poważnej deformacji, prowadząc do niewyważenia i chropowatości, a także wysokich naprężeń w niebezpiecznych częściach wału korbowego.
Liczba przeciwwag jest inna. Historycznie większość wałów korbowych miała dwie przeciwwagi, symetrycznie po lewej i prawej stronie czopu korbowodu. Ośmiocylindrowe silniki w kształcie litery V, takie jak M67, mają sześć takich samych przeciwwag.
Aby zmniejszyć wagę, wały korbowe mogą być wydrążone w obszarze środkowych łożysk głównych. W przypadku kutych wałów korbowych osiąga się to poprzez wiercenie.

Produkcja i właściwości
Wały korbowe są odlewane lub kute. Kute wały korbowe są montowane w silnikach o wysokim momencie obrotowym.

Zalety odlewanych wałów korbowych nad kutymi wałami korbowymi:

• odlewane wały korbowe są znacznie tańsze;
• materiały odlewnicze bardzo dobrze nadają się do obróbki powierzchni w celu zwiększenia odporności na wibracje;
• odlewane wały korbowe w tej samej konstrukcji mają masę mniejszą niż ok. na 10 %;
• odlewane wały korbowe są lepiej obrobione;
• policzki wału korbowego zwykle nie muszą być obrabiane.

Zalety kutych wałów korbowych nad odlewanymi wałami korbowymi:

• kute wały korbowe są sztywniejsze i mają lepszą odporność na wibracje;
• w połączeniu z aluminiową skrzynią korbową skrzynia biegów powinna być jak najbardziej sztywna, ponieważ sama skrzynia korbowa ma niską sztywność;
• kute wały korbowe charakteryzują się niskim zużyciem czopów łożyskowych.

Zalety kutych wałów korbowych można zrównoważyć wałami korbowymi spiralnymi poprzez:

• większa średnica w obszarze łożysk;
• drogie systemy tłumienia drgań;
• bardzo sztywna konstrukcja skrzyni korbowej.

Namiar

Jak już wspomniano, wał korbowy w silniku wysokoprężnym BMW jest osadzony w łożyskach po obu stronach czopu korbowodu. Te główne łożyska utrzymują wał korbowy w skrzyni korbowej. Obciążona strona znajduje się w pokrywie łożyska. Tutaj postrzegana jest siła powstająca w procesie spalania.
Do niezawodnej pracy silnika wymagane są łożyska główne o niskim zużyciu. Dlatego stosuje się panewki łożyskowe, których powierzchnia ślizgowa jest pokryta specjalnymi materiałami łożyskowymi. Powierzchnia ślizgowa znajduje się wewnątrz, tzn. panewki łożysk nie obracają się wraz z wałem, ale są zamocowane w skrzyni korbowej.
Niskie zużycie jest zapewnione, gdy powierzchnie ślizgowe są oddzielone cienką warstwą oleju. Oznacza to, że należy zapewnić wystarczającą ilość oleju. Idealnie odbywa się to od strony nieobciążonej, czyli w tym przypadku od strony łożyska głównego. Smarowanie olejem silnikowym odbywa się przez otwór olejowy. Okrągły rowek (kierunek promieniowy) poprawia dystrybucję oleju. Zmniejsza jednak powierzchnię ślizgową, a tym samym zwiększa skuteczny nacisk. Dokładniej, łożysko podzielone jest na dwie połowy o mniejszej nośności. Dlatego rowki olejowe znajdują się zwykle tylko w obszarze nieobciążonym. Olej silnikowy chłodzi również łożysko.

Łożyska z wkładką trójwarstwową
Łożyska główne wału korbowego, które podlegają wysokim wymaganiom, są często projektowane jako trójwarstwowe łożyska tulejowe. Na metalicznej powłoce łożysk (na przykład z ołowiu lub brązu aluminiowego) na stalowej wkładce dodatkowo nanosi się warstwę babbitu. Daje to poprawę właściwości dynamicznych. Im cieńsza warstwa, tym wyższa wytrzymałość takiej warstwy. Grubość babbita to ok. 0,02 mm, grubość metalowej podstawy nośnej wynosi od 0,4 do 1 mm.

Łożyska powlekane
Innym rodzajem łożyska wału korbowego jest łożysko natryskowe. Jest to łożysko z wkładką trójwarstwową z warstwą natryskiwaną na powierzchnię ślizgową, która wytrzymuje bardzo duże obciążenia. Łożyska te są stosowane w mocno obciążonych silnikach.
Łożyska natryskowe są bardzo twarde pod względem właściwości materiałowych. Dlatego łożyska te są zwykle stosowane w miejscach, w których występują największe obciążenia. Oznacza to, że łożyska natryskowe są montowane tylko z jednej strony (strona ciśnieniowa). Po przeciwnej stronie zawsze montowane jest bardziej miękkie łożysko, a mianowicie łożysko z wkładką trójwarstwową. Bardziej miękki materiał takiego łożyska jest w stanie zebrać cząsteczki brudu z części. Jest to niezwykle ważne, aby zapobiec jego uszkodzeniu.
Drobne cząstki są oddzielane podczas ewakuacji. Za pomocą pól elektromagnetycznych cząstki te są nakładane na powierzchnię ślizgową łożyska z trójwarstwową wkładką. Ten proces nazywa się napylaniem. Natryskiwana warstwa poślizgowa charakteryzuje się optymalnym rozłożeniem poszczególnych składników.
Łożyska napylane w obszarze wału korbowego stosowane są w silnikach wysokoprężnych BMW o maksymalnej mocy oraz w wersjach TOP.

Ostrożne obchodzenie się z panewkami łożyska jest niezbędne, ponieważ bardzo cienka warstwa metalowa łożyska nie jest w stanie skompensować odkształcenia plastycznego.
Łożyska powlekane można rozpoznać po wytłoczonej literze „S” z tyłu pokrywy łożyska.
Łożysko oporowe
Wał korbowy ma tylko jedno łożysko oporowe, które często określa się jako łożysko centrujące lub oporowe. Łożysko utrzymuje osiowo wał korbowy i musi przenosić siły w kierunku wzdłużnym. Siły te powstają pod wpływem:

• koła zębate ze śrubowymi zębami do napędzania pompy olejowej;
• napęd sterowania sprzęgłem;
• przyspieszenie samochodu.

Łożysko oporowe może mieć postać łożyska kołnierzowego lub łożyska dzielonego z półpierścieniami oporowymi.
Łożysko oporowe z kołnierzem ma 2 szlifowane powierzchnie nośne wału korbowego i opiera się na łożu łożyska głównego w skrzyni korbowej. Łożysko z kołnierzem to jednoczęściowa połówka łożyska o płaskiej powierzchni prostopadłej lub równoległej do osi. Wcześniejsze silniki miały tylko połowę łożyska z barkiem. Wał korbowy był podparty osiowo tylko 180 °.
Łożyska kompozytowe składają się z kilku części. Dzięki tej technologii po obu stronach montowany jest jeden trwały półpierścień. Zapewniają stabilne, swobodne połączenie z wałem korbowym. Dzięki temu półpierścienie oporowe są ruchome i pasują równomiernie, co zmniejsza zużycie. W nowoczesnych silnikach wysokoprężnych do prowadzenia wału korbowego montowane są dwie połówki łożyska dzielonego. Dzięki temu wał korbowy jest podparty 360°, co zapewnia bardzo dobrą stabilność osiową.
Ważne jest, aby zapewnić smarowanie olejem silnikowym. Awaria łożyska oporowego jest zwykle spowodowana przegrzaniem.
Zużyte łożysko oporowe zaczyna hałasować, głównie w obszarze tłumika drgań skrętnych. Kolejnym objawem może być awaria czujnika wału korbowego, która w samochodach z automatyczną skrzynią biegów objawia się twardymi szarpnięciami podczas zmiany biegów.

Korbowody z łożyskami Informacje ogólne
Korbowód w mechanizmie korbowym łączy tłok z wałem korbowym. Zamienia liniowy ruch tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Ponadto przenosi siły spalania na tłok z tłoka na wał korbowy. Ponieważ jest to część, która podlega bardzo dużym przyspieszeniom, jej masa ma bezpośredni wpływ na moc i płynność pracy silnika. Dlatego przy tworzeniu najwygodniejszych w eksploatacji silników dużą wagę przywiązuje się do optymalizacji masy korbowodów. Korbowód poddawany jest obciążeniom sił działania gazów w komorze spalania oraz mas bezwładnościowych (w tym własnych). Korbowód poddawany jest naprzemiennym obciążeniom ściskającym i rozciągającym. W szybkoobrotowych silnikach benzynowych krytyczne znaczenie mają obciążenia rozciągające. Ponadto w wyniku bocznego ugięcia korbowodu powstaje siła odśrodkowa, która powoduje zginanie.

Cechy korbowodów to:

• Silniki M47 / M57 / M67: części łożysk na korbowodzie wykonane są w postaci łożysk z natryskiem;
• Silnik M57: korbowód jest taki sam jak w silniku M47, materiał C45 V85;
• silnik M67: korbowód trapezowy z łbem dolnym wykonany metodą łamania, materiał C70;
• M67TU: Grubość ścian panewek łożysk korbowodu została zwiększona do 2 mm. Śruby korbowodu są instalowane z uszczelniaczem po raz pierwszy.

Korbowód przenosi siłę i nacisk z tłoka na wał korbowy. Korbowody są dziś wykonane z kutej stali, a łącznik na dużej głowicy jest wykonany przez złamanie. Złamanie ma m.in. tę zaletę, że płaszczyzny łupania nie wymagają dodatkowej obróbki oraz że obie części są precyzyjnie ustawione względem siebie.

Projekt
Korbowód ma dwie głowice. Przez małą główkę korbowód jest połączony z tłokiem za pomocą sworznia tłokowego. Ze względu na boczne ugięcie korbowodu podczas obrotu wału korbowego, musi on mieć możliwość obracania się w tłoku. Odbywa się to za pomocą łożyska ślizgowego. W tym celu w małą główkę korbowodu wciska się tuleję.
Olej jest dostarczany do łożyska przez otwór na tym końcu korbowodu (po stronie tłoka). Po stronie wału korbowego znajduje się duża dzielona głowica korbowodu. Duża głowica korbowodu jest podzielona, ​​dzięki czemu korbowód można połączyć z wałem korbowym. Działanie tego zespołu zapewnia łożysko ślizgowe. Łożysko ślizgowe składa się z dwóch tulei. Otwór olejowy w wale korbowym zasila łożysko olejem silnikowym.
Poniższe rysunki przedstawiają geometrię korbowodów z łącznikami prostymi i skośnymi. Korbowody skośne są stosowane głównie w silnikach w kształcie litery V.
Ze względu na duże obciążenia silniki w kształcie litery V mają dużą średnicę czopów korbowodów. Ukośne złącze pozwala na bardziej zwartą skrzynię korbową, ponieważ gdy wał korbowy się obraca, na dole opisuje mniejszą krzywą.

Korbowód trapezowy
W przypadku korbowodu trapezowego mała główka ma przekrój trapezowy. Oznacza to, że korbowód staje się cieńszy od podstawy przylegającej do korbowodu do końca przy małej głowicy korbowodu. Pozwala to na dodatkowe zmniejszenie ciężaru, ponieważ materiał jest zaoszczędzony po stronie „nieobciążonej” przy zachowaniu pełnej szerokości łożyska po stronie obciążonej. Kolejną zaletą jest brak otworu smarowego w małej głowicy korbowodu, ponieważ olej przepływa przez skośna ściana boczna łożyska ślizgowego, ale także uzyskuje się zwiększenie przestrzeni tłoka.

Produkcja i właściwości
Półfabrykat korbowodu można wykonać na różne sposoby.

Tłoczenie na gorąco
Materiałem wyjściowym do produkcji półfabrykatu korbowodu jest pręt stalowy, który nagrzewa się ok. 1 godz. do 1250-1300"C. Poprzez walcowanie następuje redystrybucja mas w kierunku głowic korbowodów. Gdy podczas tłoczenia powstaje kształt podstawowy, powstaje wypływka z nadmiaru materiału, który następnie jest usuwany. W tym przypadku otwory w wykonane są również głowice korbowodów.Właściwości wykrawania są poprawiane przez obróbkę cieplną.

Odlew
Podczas odlewania korbowodów stosuje się model plastikowy lub metalowy. Ten model składa się z dwóch połówek, które razem tworzą korbowód. Każda połówka jest formowana w piasku, dzięki czemu odwrotne połówki są odpowiednio uzyskiwane. Jeśli są teraz połączone, otrzymujesz formę do odlewania korbowodu. Aby uzyskać większą wydajność, wiele korbowodów jest odlewanych w jednej formie obok siebie. Forma jest wypełniona płynnym żelazem, które następnie powoli stygnie.

Leczenie
Niezależnie od sposobu wykonania detale są docinane do ostatecznych wymiarów.
Aby zapewnić płynną pracę silnika, korbowody muszą mieć określoną masę w wąskim zakresie tolerancji. Wcześniej w tym celu zakładano do obróbki dodatkowe wymiary, które następnie w razie potrzeby frezowano.Przy nowoczesnych metodach wytwarzania parametry technologiczne są kontrolowane na tyle dokładnie, że pozwala to na wykonanie korbowodów w dopuszczalnych granicach wagowych.
Obrabiane są tylko końcowe powierzchnie dużych i małych głowic oraz same głowice korbowodów. Jeżeli łącznik głowicy korbowodu jest wykonany przez cięcie, to powierzchnie łącznika muszą być dodatkowo obrobione. Wewnętrzna powierzchnia dużej głowicy korbowodu jest następnie nawiercana i szlifowana.

Zerwanie złącza
W tym przypadku duża głowa dzieli się w wyniku złamania. W takim przypadku określone miejsce usterki wyznacza się poprzez przebijanie przeciągaczem lub laserem. Następnie głowicę korbowodu mocuje się na specjalnym dwuczęściowym trzpieniu i oddziela poprzez wciśnięcie klina.
Wymaga to materiału, który pęka bez wcześniejszego zbytniego wyciągania (odkształcenie Gdy pokrywa korbowodu pęka, zarówno w przypadku korbowodu stalowego, jak iw przypadku korbowodu wykonanego z materiałów proszkowych, powstaje powierzchnia pęknięcia. Ta struktura powierzchni precyzyjnie centruje pokrywę łożyska głównego podczas montażu na korbowodzie.
Łamanie ma tę zaletę, że nie jest wymagana dodatkowa obróbka powierzchni łącznika. Obie połówki dokładnie pasują. Pozycjonowanie za pomocą tulei centrujących lub śrub nie jest wymagane. Jeżeli nasadka korbowodu jest odwrócona na bok lub umieszczona na innym korbowodzie, struktura pękania obu części jest zniszczona, a nasadka nie jest wyśrodkowana. W takim przypadku cały korbowód należy wymienić na nowy.

Mocowanie gwintowane

Gwintowane połączenie korbowodu wymaga specjalnego podejścia, ponieważ podlega bardzo dużym obciążeniom.
Korbowody gwintowane są poddawane bardzo szybko zmieniającym się obciążeniom podczas obrotu wału korbowego. Ponieważ korbowód i jego śruby mocujące są ruchomymi częściami silnika, ich waga powinna być minimalna. Ponadto ograniczenia przestrzenne wymagają kompaktowego mocowania gwintowanego. Powoduje to bardzo duże obciążenie gwintu korbowodu, co wymaga szczególnie ostrożnego obchodzenia się.
Szczegółowe informacje na temat połączeń śrubowych korbowodu, takich jak gwint, kolejność dokręcania itp., patrz TIS i ETK.
Podczas instalacji nowy komplet korbowodów:
Śruby korbowodu mogą być dokręcone tylko raz podczas montażu korbowodu w celu sprawdzenia luzu łożyskowego, a następnie podczas montażu końcowego. Ponieważ śruby korbowodu zostały już trzykrotnie dokręcone podczas obróbki korbowodu, osiągnęły już maksymalną wytrzymałość na rozciąganie.
W przypadku ponownego użycia korbowodów i wymiany tylko śrub korbowodów: po sprawdzeniu luzów łożyskowych należy ponownie dokręcić śruby korbowodu, poluzować i dokręcić trzeci raz, aby uzyskać maksymalną wytrzymałość na rozciąganie.
Jeśli śruby korbowodu zostaną dokręcone co najmniej trzy razy lub więcej niż pięć razy, spowoduje to uszkodzenie silnika.

Tłok z pierścieniami i sworzniem tłokowym

Tłoki przekształcają ciśnienie spalin w ruch Kształt denka tłoka ma decydujący wpływ na tworzenie mieszanki. Pierścienie tłokowe zapewniają dokładne uszczelnienie komory spalania i kontrolują grubość filmu olejowego na ściance cylindra.
informacje ogólne
Tłok jest pierwszym ogniwem w łańcuchu części, które przenoszą moc silnika. Zadaniem tłoka jest pochłanianie sił nacisku powstających podczas spalania i przekazywanie ich przez sworzeń tłokowy i korbowód na wał korbowy. Oznacza to, że przekształca energię cieplną spalania w energię mechaniczną. Ponadto tłok musi prowadzić górną głowicę korbowodu. Tłok wraz z pierścieniami tłokowymi musi zapobiegać emisji gazów i oleju z komory spalania, niezawodnie i we wszystkich trybach pracy silnika. Olej na powierzchniach styku pomaga uszczelnić. Tłoki silników wysokoprężnych BMW są wykonane wyłącznie ze stopów aluminium i krzemu. Zainstalowane są tzw. tłoki autotermiczne z pełnym płaszczem, w których stalowe listwy zawarte w odlewie służą do zmniejszenia luzów montażowych i kontroli ilości ciepła wytwarzanego przez silnik. Aby dopasować materiał w parze, na ścianki cylindra z żeliwa szarego na powierzchni płaszcza tłoka nakłada się warstwę grafitu (metodą tarcia półpłynnego), dzięki czemu zmniejsza się tarcie i poprawia właściwości akustyczne.

W ramach mechanizmu korbowego tłok poddawany jest obciążeniom:

• siły ciśnienia gazów powstających podczas spalania;
• ruchome części bezwładnościowe;
• boczne siły poślizgu;
• moment w środku ciężkości tłoka, który jest spowodowany położeniem sworznia tłokowego z przesunięciem względem środka.

Siły bezwładności części posuwisto-zwrotnych są spowodowane ruchem samego tłoka, pierścieni tłokowych, sworznia tłokowego i części korbowodu. Siły bezwładności rosną w kwadratowej relacji z prędkością obrotową. Dlatego w silnikach szybkoobrotowych bardzo ważna jest niewielka masa tłoków wraz z pierścieniami i sworzniami tłokowymi. W silnikach wysokoprężnych denki tłoków są szczególnie obciążone ze względu na ciśnienie zapłonu do 180 barów.
Ugięcie korbowodu powoduje obciążenie boczne tłoka prostopadle do osi cylindra. Działa to w taki sposób, że tłok, odpowiednio, po dolnym martwym punkcie lub górnym martwym punkcie, jest dociskany z jednej strony ścianki cylindra na drugą. To zachowanie nazywa się zmianą dopasowania lub zmianą strony. Aby zredukować hałas i zużycie tłoka, sworzeń tłokowy jest często umieszczany w przybliżeniu. 1-2 mm (nieosiowy), tworzy moment, który optymalizuje zachowanie tłoka podczas zmiany kontaktu.

Projekt

Dla tłoka wyróżnia się następujące główne obszary:

• dno tłoka;
• pasek pierścieni tłokowych z kanałem chłodzącym;
• osłona tłoka;
• piasta tłoka.

Silniki wysokoprężne BMW mają komorę spalania w denku tłoka. Kształt wnęki zależy od procesu spalania i umiejscowienia zaworów. Obszar pasa pierścieni tłokowych to dolna część tzw. pasa ogniowego, pomiędzy dnem tłoka a pierwszym pierścieniem tłokowym oraz mostkiem pomiędzy 2 pierścieniem tłokowym a pierścieniem zgarniającym olej.