Jak działa mechanizm korbowy silnika

Mechanizm korbowy silnika przekształca ruch posuwisto-zwrotny tłoków (ze względu na energię spalania mieszanki paliwowej) na obrót wału korbowego i odwrotnie. Jest to złożony technicznie mechanizm, który stanowi podstawę silnika spalinowego. W artykule omówimy szczegółowo urządzenie i cechy działania KShM.

Historia powstania

Pierwsze dowody na użycie korby znaleziono w III wieku naszej ery, w Cesarstwie Rzymskim i Bizancjum w VI wieku naszej ery. Doskonałym przykładem jest tartak z Hierapolis, w którym zastosowano wał korbowy. Metalową korbę znaleziono w rzymskim mieście Augusta Raurica na terenie dzisiejszej Szwajcarii. W każdym razie pewien James Packard opatentował wynalazek w 3 roku, chociaż dowody na jego wynalazek znaleziono już w starożytności.

Składniki KShM

Komponenty KShM są umownie podzielone na części ruchome i stałe. Części ruchome obejmują:

• tłoki i pierścienie tłokowe;
• korbowody;
• sworznie tłokowe;
• wał korbowy;
• koło zamachowe.

Stałe części KShM służą jako podstawa, łączniki i prowadnice. Obejmują one:

• blok cylindrów;
• głowica cylindra;
• korbowód;
• miska olejowa;
• łączniki i łożyska.

Naprawiono części KShM

Skrzynia korbowa i miska olejowa

Skrzynia korbowa to dolna część silnika, w której znajdują się łożyska i kanały olejowe wału korbowego. W skrzyni korbowej korbowody poruszają się, a wał korbowy obraca się. Miska olejowa to zbiornik na olej silnikowy.

Podstawa skrzyni korbowej podczas pracy poddawana jest stałym obciążeniom termicznym i mocy. Dlatego ta część podlega specjalnym wymaganiom dotyczącym wytrzymałości i sztywności. Do jego produkcji stosuje się stopy aluminium lub żeliwa.

Skrzynia korbowa jest przymocowana do bloku cylindrów. Razem tworzą ramę silnika, główną część jego nadwozia. Same cylindry znajdują się w bloku. Głowica bloku silnika jest zainstalowana na górze. Wokół cylindrów znajdują się wnęki do chłodzenia cieczą.

Lokalizacja i liczba butli

Obecnie najpopularniejsze są następujące typy:

• rzędowa pozycja czterech lub sześciu cylindrów;
• sześciocylindrowa pozycja V 90°;
• Pozycja w kształcie VR pod mniejszym kątem;
• przeciwna pozycja (tłoki poruszają się do siebie z różnych kierunków);
• Pozycja W z 12 cylindrami.

W prostym układzie rzędowym cylindry i tłoki są ustawione w rzędzie prostopadłym do wału korbowego. Ten schemat jest najprostszy i najbardziej niezawodny.

Głowica cylindra

Głowica jest przymocowana do bloku za pomocą kołków lub śrub. Obejmuje cylindry tłokami od góry, tworząc szczelną wnękę - komorę spalania. Pomiędzy blokiem a głowicą znajduje się uszczelka. W głowicy cylindrów znajduje się również mechanizm rozrządu zaworowego i świece zapłonowe.

Cylindry

Tłoki poruszają się bezpośrednio w cylindrach silnika. Ich wielkość zależy od skoku tłoka i jego długości. Butle działają przy różnych ciśnieniach i wysokich temperaturach. Podczas pracy ściany poddawane są stałemu tarciu i temperaturze do 2500 ° C. Specjalne wymagania stawiane są również materiałom i obróbce cylindrów. Wykonane są z żeliwa, stali lub stopów aluminium. Powierzchnia części musi być nie tylko trwała, ale także łatwa w obróbce.

Zewnętrzna powierzchnia robocza nazywana jest lustrem. Jest chromowany i polerowany na lustrzane wykończenie, aby zminimalizować tarcie w warunkach ograniczonego smarowania. Cylindry są odlewane razem z blokiem lub wykonane w formie zdejmowanych tulei.

Ruchome części KShM

Tłok

Ruch tłoka w cylindrze następuje w wyniku spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Powstaje ciśnienie, które działa na denko tłoka. Może różnić się kształtem w różnych typach silników. W silnikach benzynowych dno początkowo było płaskie, później zaczęto stosować konstrukcje wklęsłe z rowkami na zawory. W silnikach wysokoprężnych w komorze spalania sprężane jest powietrze, a nie paliwo. Dlatego też denka tłoka ma również kształt wklęsły, który jest częścią komory spalania.

Kształt dna ma ogromne znaczenie dla wytworzenia prawidłowego płomienia do spalania mieszanki paliwowo-powietrznej.

Reszta tłoka nazywa się spódnicą. To rodzaj prowadnicy, która porusza się wewnątrz cylindra. Dolna część tłoka lub płaszcza jest wykonana w taki sposób, aby podczas jego ruchu nie stykała się z korbowodem.

Na bocznej powierzchni tłoków znajdują się rowki lub rowki na pierścienie tłokowe. Na górze znajdują się dwa lub trzy pierścienie dociskowe. Są niezbędne do wytworzenia kompresji, to znaczy zapobiegają przenikaniu gazu między ścianki cylindra a tłok. Pierścienie są dociskane do lustra, zmniejszając szczelinę. Na dole znajduje się rowek na pierścień zgarniający olej. Przeznaczony jest do usuwania nadmiaru oleju ze ścianek cylindra, aby nie dostał się do komory spalania.

Pierścienie tłokowe, zwłaszcza pierścienie dociskowe, pracują pod stałymi obciążeniami i wysokimi temperaturami. Do ich produkcji wykorzystywane są materiały o wysokiej wytrzymałości, takie jak żeliwo stopowe pokryte porowatym chromem.

Sworzeń tłokowy i korbowód

Korbowód jest przymocowany do tłoka za pomocą sworznia tłokowego. Jest to pełna lub wydrążona część cylindryczna. Sworzeń montowany jest w otworze w tłoku oraz w górnej głowicy korbowodu.

Istnieją dwa rodzaje przywiązania:

• stałe dopasowanie;
• z pływającym lądowaniem.

Najpopularniejszy jest tak zwany „pływający palec”. Do jego mocowania stosuje się pierścienie blokujące. Naprawiono jest instalowany z pasowaniem ciasnym. Zwykle stosuje się dopasowanie cieplne.

Korbowód z kolei łączy wał korbowy z tłokiem i wytwarza ruchy obrotowe. W tym przypadku ruchy posuwisto-zwrotne korbowodu opisują liczbę osiem. Składa się z kilku elementów:

• pręt lub podstawa;
• głowica tłoka (górna);
• głowica korby (dolna).

Tuleja z brązu jest wciskana w głowicę tłoka, aby zmniejszyć tarcie i nasmarować współpracujące części. Głowica korby jest składana, aby zapewnić montaż mechanizmu. Części są idealnie do siebie dopasowane i mocowane za pomocą śrub i przeciwnakrętek. Łożyska korbowodów są instalowane w celu zmniejszenia tarcia. Wykonane są w postaci dwóch stalowych linerów z zamkami. Olej jest dostarczany przez rowki olejowe. Łożyska są precyzyjnie dopasowane do wielkości przegubu.

Wbrew powszechnemu przekonaniu, wkładki nie obracają się nie z powodu zamków, ale z powodu siły tarcia między ich zewnętrzną powierzchnią a głowicą korbowodu. Dzięki temu zewnętrzna część łożyska ślizgowego nie może być smarowana podczas montażu.

Wał korbowy

Wał korbowy to złożona część, zarówno pod względem konstrukcyjnym, jak i produkcyjnym. Przejmuje moment obrotowy, nacisk i inne obciążenia, dlatego jest wykonany ze stali o wysokiej wytrzymałości lub żeliwa. Wał korbowy przenosi obrót z tłoków na przekładnię i inne elementy pojazdu (takie jak koło pasowe napędowe).

Wał korbowy składa się z kilku głównych elementów:

• tubylcze szyje;
• szyjki korbowodów;
• przeciwwagi;
• policzki;
• cholewka;
• kołnierz koła zamachowego.

Konstrukcja wału korbowego w dużej mierze zależy od liczby cylindrów w silniku. W prostym czterocylindrowym silniku rzędowym na wale korbowym znajdują się cztery czopy korbowodów, na których montowane są korbowody z tłokami. W osi środkowej wału znajduje się pięć czopów głównych. Są instalowane w łożyskach bloku cylindrów lub skrzyni korbowej na łożyskach ślizgowych (wkładkach). Czopy główne zamykane są od góry przykręcanymi pokrywami. Połączenie tworzy kształt litery U.

Nazywa się specjalnie obrobiony punkt podparcia do montażu czopu łożyska łóżko.

Szyjki główne i korbowodów są połączone tzw. policzkami. Przeciwwagi tłumią nadmierne drgania i zapewniają płynny ruch wału korbowego.

Czopy wału korbowego są poddawane obróbce cieplnej i polerowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i precyzyjnego dopasowania. Wał korbowy jest również bardzo precyzyjnie wyważony i wyśrodkowany, aby równomiernie rozłożyć wszystkie działające na niego siły. W środkowym obszarze szyjki korzenia, po bokach podpory, zainstalowane są półpierścienie oporowe. Są niezbędne do kompensacji ruchów osiowych.

Koła zębate rozrządu i koło pasowe napędu akcesoriów silnika są przymocowane do chwytu wału korbowego.

Koło zamachowe

Z tyłu wału znajduje się kołnierz, do którego przymocowane jest koło zamachowe. Jest to część żeliwna, która jest masywnym dyskiem. Ze względu na swoją masę koło zamachowe wytwarza bezwładność niezbędną do pracy wału korbowego, a także zapewnia równomierne przenoszenie momentu obrotowego na przekładnię. Na obręczy koła zamachowego znajduje się pierścień zębaty (korona) do połączenia z rozrusznikiem. To koło zamachowe obraca wałem korbowym i napędza tłoki po uruchomieniu silnika.

Mechanizm korbowy, konstrukcja i kształt wału korbowego pozostają niezmienne od wielu lat. Z reguły wprowadzane są tylko niewielkie zmiany strukturalne, aby zmniejszyć wagę, bezwładność i tarcie.