Opis i wskazówki remontu silnika czterosuwowego na podstawie silnika vw/audi
- opracowanie własne !!!!
Problem regeneracji, mimo stałego rozwoju metod organizacji i technologii wytwarzania części zamiennych, jest ciągle aktualny i ważny z punktu widzenia ograniczenia kosztów wykonywanej naprawy.
Szybki rozwój motoryzacji oraz intensywna eksploatacja pojazdów samochodowych stwarzają olbrzymie zapotrzebowanie na części zamienne, w tym w wielu przypadkach na części drogie i trudno dostępne. W bieżącej eksploatacji obok pojazdów nowych znajdują się także, w niewielkich stosunkowo ilościach pojazdy zabytkowe lub pochodzące z importu. Zakup części, zwłaszcza do pojazdów zabytkowych lub tych pochodzących z za oceanu jest utrudniony lub często niemożliwy do zrealizowania. W takich przypadkach możliwość regeneracji deficytowych części jest równoznaczna z odzyskaniem całego pojazdu. Z istoty procesu regeneracji wynika, że technologie regeneracji stanowią w niewielkim tylko stopniu powtórzenie technologii wytwarzania części. Często regeneracja ogranicza się do nałożenia warstwy i obróbki mechanicznej tylko jednej lub dwóch powierzchni, a w przypadku stosowania systemu wymiarów naprawczych – tylko do obróbki tych powierzchni. Stąd koszty regeneracji są znacznie mniejsze od kosztów wyprodukowania nowych części.
Jednocześnie współczesne metody regeneracji zapewniają z reguły osiąganie przez części zregenerowane właściwości użytkowych części nowych. Dotyczy to szczególnie części drogich o złożonej budowie [15].
Na przykład wytworzenie głowicy silnika spalinowego wymaga dużego nakładu pracy wysoko kwalifikowanej i drogich urządzeń niezbędnych do wytwarzania półfabrykatów i ich dalszej obróbki. Regeneracja tej części ogranicza się do przeprowadzenia stosunkowo prostych zabiegów co pozwala na dalszą eksploatowanie pojazdu samochodowego. Pewien problem stanowi jednak ustalenie racjonalnego zakresu jej stosowania. O tym decyduje wiele czynników, ale wśród nich istotny jest czynnik ekonomiczny.
Z biegiem lat procesy regeneracji ulegają znacznym zmianom, uwarunkowane jest to bardziej skomplikowaną budową oraz zastosowanymi materiałami w produkcji danej części.
C.D.N
03 04 20100
3. Opis techniczny silnika
Każdy silnik po przejechaniu kilkuset tysięcy kilometrów, o ile nie nastapi awaria któregoś z podzespołów, wymaga naprawy głównej. Wszystkie elementy współpracujące ze sobą ulegają naturalnemu zużyciu. Łożyska ślizgowe wału korbowego ( półpanewki ), pierścienie tłokowe, tłoki, zawory i prowadnice zaworowe.
Zużycie silnika może objawiać się poprzez mniejszą moc samochodu, większe zużycie paliwa i oleju silnikowego. Naprawy główne silników oraz ich podzespoły wykonywane są z wykorzystaniem wyspecjalizowanych maszyn i urządzeń. Potwierdzeniem wysokiej jakości napraw jest fakt spełnienia wymogów ekologicznych w zakresie zadymienia i toksyczności spalin.
Ogólne informacje na temat silnika spalinowego
Silnik - jest to urządzenie energetyczne wykorzystywane do zamiany jakiegoś innego typu energii na pracę mechaniczną. W porównaniu, jaki typ energii bierzemy pod uwagę przy zmianie na pracę, wyróżniamy silniki cieplne, elektryczne, wodne i inne. Niniejsza praca poświęcone jest jednym z silników cieplnych. Zasadą działania silnika spalinowego polega na zamianie w środku cylindra energii chemicznej paliwa na pracę mechaniczną. Odbywa się to w opisany sposób: ciepło wyprodukowane podczas spalania paliwa jest skutkiem ogromnego wzrostu ciśnienia w cylindrze, rozprężające się gazy spalinowe przemieszczają tłok, który za pomocą korbowodu wymusza obrót wału korbowego silnika.
Wszystkie silniki spalinowe zbudowane są z takich samych elementów przystosowanych tylko do konkretnego mu zadania. Podstawowym elementem silnika jest kadłub, gdzie umieszczone są cylindry z tłokami, gdzie dochodzi do zamiana energii chemicznej na mechaniczną. Oprócz tego do sprawnej pracy silnika wykorzystywane są różnego typu układy odpowiedzialne za konkretne zadania. Wyróżniamy:
- układ korbowy - jego funkcja polega na zamianie posuwisto-zwrotnego ruchu tłoka w cylindrze na ruch obrotowy wału korbowego;
- układ rozrządu - manewruje procesem napełniania cylindrów świeżą mieszaniną paliwowo-powietrzną albo samym powietrzem a także opróżnianiem cylindrów ze spalin;
- układ zasilania - dzięki niemu cylinder jest zaopatrywany w mieszankę paliwa oraz powietrza albo osobno paliwo i powietrze
- układ smarowania - uzupełnia olej pomiędzy współpracujące ze sobą części silnika, w celu zmniejszenia oporów oraz tarcia;
- układ chłodzenia - dzięki niemu utrzymywana jest najlepsza temperatura silnika, która daje możliwość ekonomicznej pracy;
- układ zapłonowy (wykorzystuje się go jedynie w silnikach z zapłonem iskrowym) - wywołuje zapłon mieszanki, zbudowany jest z urządzenia, które wywołuje iskrę zapłonową;
- układ rozruchowy - wykorzystuje się go do uruchamiania silnika, bardzo często jest to rozrusznik elektryczny.
Zasada działania silnika z zapłonem samoczynnym (silnik wysokoprężny).
Czterosuwowe silniki z zapłonem samoczynnym zwane także silnikami Diesla cechują się mniejszym niemal o 30% spalaniem paliwa, tańszym użytkowaniem a także dużą wytrzymałością. Ich główną cechą jest to, że nie mają świecy, która wytwarza iskrę. Zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje automatycznie pod wpływem wysokiego ciśnienia. Zasada pracy takiego silnika podzielona jest na cztery suwy i przedstawia się następująco:
1.Suw dolotu - Podczas przemieszczania się tłoka z górnego maksymalnego położenia w stroną wału korbowego przez otwarty zawór dolotu zasysane jest do cylindra oczyszczone powietrze
2.Suw sprężenia - w momencie gdy, tłok ułoży się w dolnym maksymalnym położeniu zmienia swój kierunek. Jednocześnie zostaje zamknięty zawór dolotu powietrza. Występuje sprężenie powietrza do ciśnienia 3-4,5 Mpa, i co za tym idzie ogrzanie do temperatury 530-730C. Przy końcu tego suwu, w momencie gdy, powietrze jest maksymalnie sprężone dochodzi do wtryśnięcia rozpylonego paliwa, które następnie zostaje wymieszane z powietrzem, gwałtownie odparowuje a także automatycznie się zapala.
3.Suw pracy - Podczas spalania temperatura oraz ciśnienie wzrasta niemal trzy razy. Pod działaniem tak wysokiego ciśnienia tłok przemieszczony zostaje z górnego maksymalnego położenia do dolnego maksymalnego położenia. Wykonywana jest wówczas praca dzięki temu silnik może dalej pracować. Gazy podczas tego suwu rozprężają się do całego cylindra.
4.Suw wylotu - Końcowy etap pracy silnika polega na otwarciu zaworu wylotowego przez który, wydobywają się spaliny poza silnik. Tłok przemieszcza się w tym czasie z dolnego do górnego maksymalnego położenia. Gdy tłok jest w górnym położeniu proces zaczyna się powtarzać i następuje po raz kolejny suw dolotu.
Budowa silnika koncernu Volkswagen – Audi
Kadłub razem z głowicą stanowią obudowę mechanizmów korbowego oraz rozrządu, a ponadto wykorzystywane są do zamocowania zewnętrznego osprzętu silnika. W skład tego układu zalicza się także: kanały dolotowe, tuleje cylindrowe i przewody dolotowe oraz wydechowe.
Kadłub utrzymuje wszystko razem w jednej całości, osadzony jest w nim wał korbowy, umożliwia powstawanie dużego ciśnienia w komorze spalania oraz udziela wsparcia większej części agregatów pomocniczych. Smarowanie oraz chłodzenie zapewniają mu kanały wodne i olejowe.
Blok silnika to największy oraz najcięższy fragment jednostki napędowej. Aż po lata 20. Złożony był on z dwóch albo więcej części - kadłub cylindrowy oraz skrzynia korbowa były od siebie oddzielone oraz skręcane śrubami. Postęp w technice odlewniczej pozwolił później na sporządzanie obydwu tych elementów jako jednolitej części. Żeliwo do dzisiaj nie straciło nic ze swojej aktualności jako substancja na kadłub. Najistotniejszymi zaletami kadłubów wykonanych z żeliwa są: niewielkie przewodzenie fal akustycznych (żeliwne jednostki napędowe są cichsze), bardzo dobre własności ślizgowe, duża przydatność na obróbkę oraz odporności na ściski. Aktualnie projektanci myślą nad pomniejszeniem ciężaru masy silnika, dlatego żeliwo zamienione jest z niejednokrotnie na aluminium. Al aluminium posiada złe własności ślizgowe, które powiększają tarcie między tłokiem a cylindrem. Wykorzystywane są tu np. pokrywanie ścianek cylindrów dwusiarczkiem molibdenu Kadłuby odpowiednio ukształtowane, łączą w całość cylindry silnika oraz punkty podparcia wału korbowego. Konkretne ukształtowanie kadłuba powoduje dodatkowo warunki dobrego chłodzenia cylindrów i sprzyja doprowadzaniu oleju do wszelkich łożysk, które wymagają smarowania.
Głowica przykrywa od góry silnika wszystkie cylindry. Jej funkcja w silniku jest ogromnie ważna.. Powinna być ona odpowiednio mocno dokręcona do bloku. Przez przewód dolotowy dostarcza się do środka cylindra mieszanina paliwowo-powietrzną, lub samo powietrze.. Mieszanina lub samo powietrze przepływa pod ciśnieniem 0,2 bara – dla silników bez turbiny, lub do około 1,5 bara dla silników z turbo doładowaniem. Przewód wylotowy, nazywany także wydechowym zezwala na opuszczenie spalin z cylindra. Materiały te wytrzymują temperaturę, która jest w stanie sięgać nawet 800°C oraz ciśnienie 20 barów.. Odległość przewodów od siebie także nie jest obojętna. Przewód wylotowy nie może być za blisko dolotowego, ponieważ w momencie gdy, będzie rosła temperatura maleć będzie gęstość powietrza, a z nią również zawartość tlenu. Mniej tlenu znaczy gorsze spalanie, a co za tym idzie jest równe mniejszej mocy.
Mechanizm korbowy
Celem tego mechanizmu jest zamiana postępowego ruchu tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Tłok jest sprzężony z wałem korbowym przy pomocy korbowodu, który podczas działania silnika dokonuje ruchu złożonego. Ruch tłoka nadaje korbowodowi ruch postępowy, natomiast obracanie się korby wału korbowego powoduje, że korbowód porusza się ruchem wahadłowym wokół sworznia tłokowego, który łączy korbowód z tłokiem.
W skład mechanizmu korbowego zalicza się: tłok, korbowód, wał korbowy, koło zamachowe.
Razem z głowicą cylindrów oraz jego ściankami zamyka komorę spalania. Na skutek procesu spalania w silniku tworzą się duże ciśnienia, które następnie stanowią siłę, która popycha tłok z prędkością ponad 200 km/h w kierunku dolnego martwego punktu. Tłok powinien zmienić tworzące się na skutek spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w siłę powodującą kręcenie się wału korbowego. Ze względu na dużą temperaturę w środku cylindra tłok bardzo się ogrzewa. Zatem powinien przekazywać ciepłotę przez swoje pierścienie na ścianki cylindra, skąd zabiera je płyn chłodzący albo obieg powietrza chłodzącego.. Pierścienie tłokowe uszczelniają komorę spalania, sworzeń tłokowy łączy tłok z korbowodem. Tłoki na ogół zrobione są ze stopu aluminium i krzemu, ale posiadają pewne fragmenty zrobione ze stali.
Korbowód łączy wał korbowy z tłokiem, zmienia ruch posuwisty tłoka w ruch obrotowy wału korbowego i przenosi siły, które powstały po zapłonie mieszaniny w komorze spalania na wał korbowy, powodując, że powstanie na wale korbowym moment obrotowy. Wał korbowy zmienia suw posuwisto-zwrotny tłoka na moment obrotowy. Wał korbowy skonstruowany jest z żeliwa z dodatkiem grafitu by uzyskać większą wytrzymałość. Wał w typowym czterocylindrowym silniku VW – Audi złożony jest z:
- czterech czopów korbowych (wykorbienie wału korbowego, do którego zamontowany jest dodatkowo korbowód tłoka), każdy posiada jeden korbowód;
- pięciu panewek głównych ( łożyska ślizgowe, które podpierają wał korbowy w miejscach jego osadzenia w bloku silnika), przynajmniej jedno z nich pełni dodatkową rolę zapobiegania wzdłużnemu przemieszczania się wału;
Koło zamachowe jest ulokowane poza blokiem silnika. Pełni ogromnie ważną rolę w pracy silnika. Gdyby nie ono silnik nie byłby w stanie działać, gdyż energii do obrotu wału korbowego dodaje jedynie jeden suw - pracy. Pozostałe takty musza mieć siły z zewnątrz. Tej siły dostarcza koło zamachowe w formie nagromadzonej wcześniej energii kinetycznej. Dokładność wyważenia koła jest bardzo istotna. Najmniejsze odchyły oraz nierówności sprawiają niespokojną pracę silnika. Koło zamachowe bardzo często budowane jest z żeliwa.
Mechanizm rozrządu
Funkcją mechanizmu rozrządu jest sterowanie napływem do cylindrów silnika świeżej mieszanki paliwowo – powietrznej lub samego powietrza i wydalenie z nich spalin. We wszystkich silnikach koncernu volkswagena wykorzystuje się rozrząd górnozaworowy. W skład takiego mechanizm rozrządu wchodzi między innymi zasadnicza część: zawory, wałek rozrządu, popychacze, dźwigienki zaworowe oraz pasek rozrządu lub łańcuch rozrządu. Zawory ulokowane są w głowicy silnika. W głowicy umieszczone są dwa, cztery lub pięć zaworów na każdy cylinder. Wykorzystywane są one do zaopatrywania silnika w świeżą mieszankę paliwowo – powietrzną lub samo powietrze i do pozbywania się z niego gazów spalinowych.. Zawór dolotowy zezwala mieszance paliwowo-powietrznej lub samego powietrza zapełnić cylinder, natomiast na skutek zaworowi wylotowemu spaliny mogą opuścić cylinder do rury wydechowej poprzez kanał wylotowy.
Zawór złożony jest z dwóch głównych części: trzonka oraz grzybka. Grzybek zamyka otwór w głowicy cylindra. Trzonek przekazuje grzybkowi ruch posuwisto zwrotny, zatem steruje zamykaniem oraz otwieraniem zaworu. Większa część zaworów skonstruowana jest z jednolitego metalu. W latach 80-tych bardzo często wykorzystywano po jednym zaworze dolotowym oraz wylotowym na cylinder. Aktualnie stosuje się formy czterech zaworów na cylinder (dwa dolotowe oraz dwa wydechowe) i pięciu zaworów (trzy dolotowe oraz dwa wylotowe). Na wałku rozrządu umieszczone są krzywki, które naciskają na popychacze hydrauliczne a te otwierają zawory.
Wałek rozrządu napędzany jest przez siłę, która pochodzi z wału korbowego, przenoszona przez łańcuch lub pasek zębaty. By pasek lub łańcuch był odpowiednio naciągnięty wykorzystuje się napinacze, które temu zapobiegają.
Układ smarowania
We wszelkich łączeniach ruchomych części silnika konieczna jest obecność oleju, który zmniejsza tarcie, które towarzyszy ruchowi względnemu współpracujących fragmentów. Minimalne tarcie, nazywane tarciem płynnym, jest wtedy, gdy niewielka warstwa oleju całkowicie oddziela od siebie powierzchnie współpracujących części.
W skład układu smarowania zalicza się: pompę oleju, filtr oleju, magistralę olejową.
Głównym zadaniem układu smarowania w silniku jest dostarczanie oleju do wszelkich punktów, które wymagają smarowania i zapewniają ciśnienie tego oleju, takie które, jest konieczne do wytworzenia warstwy, która oddziela współpracujące części.
Olej spełnia także dodatkowe zadanie czynnika odprowadzającego ciepło od miejsc, z którymi się styka. Ilość ciepła odbieranego przez olej równa jest do kilku procent całego ciepła odprowadzanego od silnika. Stanowi to duże odciążenie układu chłodzenia.
W silnikach czterosuwowych stosowanych do napędu pojazdów samochodowych do olejenia wykorzystuje się system ciśnieniowy. W tym systemie olej jest czerpany z miski olejowej, pompowany pod ciśnieniem do wszelkich punktów smarowania, po czym z powrotem wraca do miski olejowej. W ten sposób w silniku krąży stała ilość oleju.
Obieg olejowy: z pojemnika olejowego (miski olejowej ) olej jest zasysany przez pompę do filtra, skąd zostaje on przepompowany do głównego kanału olejowego. Następnie trafia on kanałami do łożysk głównych i korbowych wału korbowego. Kanałem olej przemieszcza się do głowicy cylindrów, skąd po zaopatrzeniu łożysk wałka rozrządu oraz popychaczy zaworowych (albo dźwigienek) olej płynie grawitacyjnie przez otwory spustowe z powrotem do miski olejowej.
Układ chłodzenia
Zadaniem układu chłodzenia jest zapewnienie silnikowi optymalnej temperatury pracy i utrzymywanie jej na stałym poziomie niezależnie od obciążenia silnika. Większa część silników czterosuwowych jest chłodzona cieczą. Do składu układu chłodzenia zalicza się: pompę wody, termostat, chłodnicę.
Obieg płynu w układzie chłodniczym: ciecz chłodząca, której przepływ wymuszony zostaje przez pompę po opuszczeniu kanałów silnika płynie ona do komory zaworu, który w zależności od temperatury cieczy kierują do krótkiego albo pełnego obiegu. Zawór sterowany jest za pomocą termostatu. W krótkim obiegu ciecz powraca bezpośrednio do pompy a następnie dalej do kanałów silnika. W obiegu pełnym ciecz przeprowadzana jest przez chłodnicę, gdzie jej temperatura jest obniżana. Z chłodnicą współpracuje wentylator. Ciecz po przejściu przez chłodnicę wraca do pompy a później do silnika.
Rys. 1. Przekrój silnika Volkswagen – Audi 1.9 TDI AJM 84 kW , [20]
