Schéma činnosti 6-valcového motora. Poradie činnosti valcov spaľovacieho motora

Systémové komponenty

Prehľad systému

Mechanické súčasti a časti naftového motora Prvý popísaný nasledujúci motor je rozdelený na tri veľké časti.

• Kľuková skriňa
• kľukový mechanizmus
• Mechanizmus distribúcie plynu

Tieto tri časti sú v neustálej interakcii. vzťahy, ktoré majú významný vplyv na vlastnosti motora:
• interval medzi zapaľovaniami;
• poradie činnosti valcov;
• vyvažovanie hmoty.

Interval zapaľovania
Mechanické prvky motora sú rozdelené hlavne do troch skupín: kľuková skriňa motora, kľukový mechanizmus a ovládač ventilu. Tieto tri skupiny sú úzko prepojené a musia sa vzájomne dohodnúť. Interval zapaľovania je uhol natočenia kľukového hriadeľa medzi dvoma po sebe nasledujúcimi zapaľovaniami.
Počas jedného pracovného cyklu sa zmes paliva a vzduchu v každom valci zapáli raz. Pracovný cyklus (sanie, kompresia, zdvih, výfuk) štvortaktného motora trvá dve úplné otáčky kľukového hriadeľa, t.j. uhol natočenia je 720 °.
Rovnaký interval medzi zážihmi zabezpečuje rovnomerný chod motora pri všetkých otáčkach. Tento interval medzi zapaľovaniami sa získa takto:
interval zapaľovania = 720°: počet valcov

Príklady:

• štvorvalcový motor: 180° kľukový hriadeľ (KB)
• šesťvalcový motor: 120° KB
• osemvalcový motor: 90° SV.

Čím väčší je počet valcov, tým kratší je interval medzi zapaľovaním. Čím je interval medzi zážihmi kratší, tým je chod motora rovnomernejší.
Aspoň teoreticky, pretože sa k tomu pridáva vyvažovanie hmoty, ktoré závisí od konštrukcie motora a poradia chodu valcov. Aby sa valec vznietil, príslušný piest musí byť na konci kompresného zdvihu v polohe „TDC“, t.j. príslušné sacie a výfukové ventily musia byť zatvorené. To sa môže uskutočniť iba vtedy, keď sú kľukový hriadeľ a vačkový hriadeľ správne umiestnené. Interval zapaľovania je určený vzájomnou polohou ojničných čapov (uhlová vzdialenosť medzi kolenami) kľukového hriadeľa, t. j. uhlom medzi čapmi za sebou idúcich valcov (poradie zapaľovania valcov).V motoroch do V, uhol odklonu sa musí rovnať intervalu zapaľovania, aby sa dosiahol rovnomerný výkon.
Preto majú osemvalcové motory BMW uhol medzi radmi valcov 90°.

Poradie činnosti valcov
Poradie zapaľovania valcov je poradie, v ktorom dochádza k zapáleniu vo valcoch motora.
Poradie prevádzky valcov je priamo zodpovedné za plynulý chod motora. Určuje sa v závislosti od konštrukcie motora, počtu valcov a intervalu medzi zážihmi.
Poradie streľby valcov je vždy uvedené počnúc prvým valcom.

Hmotnostné vyvažovanie
Ako už bolo popísané vyššie, plynulosť motora závisí od konštrukcie motora, počtu valcov, poradia zapaľovania valca a intervalu zapaľovania.
Ich vplyv možno ilustrovať na príklade šesťvalcového motora, ktorý BMW vyrába ako radový, hoci zaberá viac miesta a jeho výroba je náročnejšia. Rozdiel je možné pochopiť porovnaním hmotnostného vyváženia radových a šesťvalcových motorov v tvare V.
Nasledujúci obrázok znázorňuje moment kriviek zotrvačnosti pre radový šesťvalec BMW, 60° motor V6 a 90° motor V6.
Rozdiel je evidentný. V prípade radového šesťvalcového motora sú pohyby hmoty vyvážené do takej miery, že celý motor prakticky stojí. Šesťvalce v tvare V majú naopak zreteľnú tendenciu k pohybu, čo sa prejavuje nerovnomerným chodom.

Časti tela
Kryty motora preberajú izoláciu z životné prostredie a vnímať rôzne sily, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky motora.

Časti karosérie motora pozostávajú z hlavných častí znázornených na nasledujúcom obrázku. Na plnenie úloh kľukovej skrine sú potrebné aj tesnenia a skrutky.

Hlavné ciele:

• vnímanie síl vznikajúcich počas prevádzky motora;
• utesnenie spaľovacích komôr, olejovej vane a chladiaceho plášťa;
• umiestnenie kľukového mechanizmu a pohonu ventilov, ako aj ďalších komponentov.

Kľukový mechanizmus
Kľukový mechanizmus je zodpovedný za premenu tlaku, ktorý vzniká pri spaľovaní zmesi paliva a vzduchu, na užitočný pohyb. V tomto prípade piest dostáva priamočiare zrýchlenie. Ojnica prenáša tento pohyb na kľukový hriadeľ, ktorý ho mení na rotačný pohyb.

Kľukový mechanizmus je funkčná skupina, ktorá premieňa tlak v spaľovacej komore na kinetickú energiu. V tomto prípade sa vratný pohyb piestu zmení na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Kľukový mechanizmus je optimálnym riešením z hľadiska pracovného výkonu, koeficientu užitočná akcia a technická realizovateľnosť.

Samozrejme, existujú nasledujúce technické obmedzenia a požiadavky na dizajn:

• obmedzenie rýchlosti v dôsledku zotrvačných síl;
• nestálosť síl počas pracovného cyklu;
• výskyt torzných vibrácií, ktoré spôsobujú zaťaženie prevodovky a kľukového hriadeľa;
• interakcia rôznych trecích plôch.

Pohon ventilu
Pohon ventilu riadi zmenu náplne. V modernom dieseli motory BMW používa iba hotový ventilový rozvod so štyrmi ventilmi na valec. Prenos pohybu na ventil sa vykonáva pomocou tlačnej páky.

Motor musí byť pravidelne zásobovaný vonkajší vzduch, pričom výfukové plyny, ktoré produkuje, musia byť odvádzané. V prípade štvortaktného motora sa nasávanie vonkajšieho vzduchu a výfuk výfukových plynov nazýva výmena náplne alebo výmena plynu. Počas procesu výmeny náplne sa vstupné a výstupné otvory periodicky otvárajú a zatvárajú pomocou vstupných a výstupných ventilov.
Zdvíhacie ventily sa používajú ako sacie a výfukové ventily. Trvanie a postupnosť pohybov ventilov zabezpečuje vačkový hriadeľ.

Dizajn
Pohon ventilu pozostáva z nasledujúcich častí:

• vačkové hriadele;
• prevodové prvky (valčekové páky posúvačov);
• ventily (celá skupina);
• hydraulická kompenzácia vôle ventilov (HVA), ak je vo výbave;
• ventilové vedenia s ventilovými pružinami.

Na nasledujúcom obrázku je znázornená konštrukcia štvorventilovej hlavy valcov (motor M47) s pákami valčekových zdvihákov a hydraulickým systémom vyrovnávania vôle ventilov.

Konštrukcie
Pohon ventilu je dostupný v rôznych prevedeniach. Vyznačujú sa nasledujúcimi vlastnosťami:

• počet a usporiadanie ventilov;
• počet a umiestnenie vačkových hriadeľov;
• spôsob prenosu pohybu na ventily;
• spôsob nastavenia vôle ventilov.

Dieselové motory BMW majú dnes výhradne štyri ventily na valec a dva vačkové hriadele v hlave pre každý rad valcov (dohc). Motory BMW M21 / M41 / M51 mali iba dva ventily na valec a jeden vačkový hriadeľ pre každý rad valcov (ohc).
Prenos pohybu vačiek vačkového hriadeľa na ventily v dieselové motory BMW sa vykonáva pomocou valcových pákových tlačných tyčí. V tomto prípade je potrebná vôľa medzi vačkou vačkového hriadeľa a takzvaným kladičom vačky (napríklad kladková páka posúvača) zabezpečená mechanickým, resp. hydraulický systém kompenzácia ventilovej vôle (HVA).
Nasledujúci obrázok zobrazuje časti ovládača ventilu motora M57.

kľuková skriňa

Bloková kľuková skriňa, nazývaná aj blok valcov, zahŕňa valce, chladiaci plášť a kľukovú skriňu hnacieho mechanizmu. Nároky a výzvy kladené na kľukovú skriňu sú vysoké vzhľadom na zložitosť dnešných „Highttech" motorov. Zlepšovanie kľukovej skrine však postupuje rovnakým tempom, najmä preto, že mnoho nových alebo vylepšených systémov spolupracuje s kľukovou skriňou.

Nižšie sú uvedené hlavné úlohy.

• Vnímanie síl a momentov
• Umiestnenie kľukového mechanizmu
• Umiestnenie a pripojenie valcov
• Umiestnenie ložísk kľukového hriadeľa
• Umiestnenie kanálov chladiacej kvapaliny a mazacieho systému
• Integrácia ventilačného systému
• Upevnenie rôznych pomocných a príloh
• Utesnenie dutiny kľukovej skrine

Tieto úlohy vyvolávajú rôzne a prekrývajúce sa požiadavky na pevnosť v ťahu a tlaku, ohyb a krútenie. Najmä:

• sily nárazu plynov, ktoré sú vnímané závitovými spojmi hlavy valcov a ložísk kľukového hriadeľa;
• vnútorné zotrvačné sily (ohybové sily) vyplývajúce zo zotrvačných síl počas otáčania a kmitania;
• vnútorné torzné sily (krútiace sily) medzi jednotlivými valcami;
• krútiaci moment kľukového hriadeľa a v dôsledku toho reakčné sily držiakov motora;
• voľné sily a momenty zotrvačnosti v dôsledku zotrvačných síl pri vibráciách, ktoré sú vnímané držiakmi motora.

Dizajn
Základný tvar blokovej kľukovej skrine sa od začiatku motorizmu príliš nezmenil. Zmeny v dizajne sa dotkli detailov, napríklad z koľkých dielov je kľuková skriňa alebo ako sú vyrobené jej jednotlivé diely. Dizajn je možné klasifikovať v závislosti od prevedenia:

• horná doska;
• plocha lôžka hlavného ložiska;
• valcov.

Vrchná doska
Vrchná doska môže byť vyrobená v dvoch rôznych prevedeniach: uzavretá a otvorená. Konštrukcia ovplyvňuje ako proces odlievania, tak aj tuhosť kľukovej skrine.
V uzavretej verzii je horná doska kľukovej skrine úplne uzavretá okolo valca.
K dispozícii sú otvory a kanály na prívod oleja pod tlakom, vypúšťanie oleja, chladiacej kvapaliny, vetranie kľukovej skrine a závitové spojenia hlavy valcov.
Otvory pre chladiacu kvapalinu spájajú vodný plášť, ktorý obklopuje valec, s vodným plášťom v hlave valca.
Táto konštrukcia má nevýhody z hľadiska chladenia valcov v zóne TDC. Výhodou uzavretej verzie oproti otvorenej je vyššia tuhosť vrchnej dosky a tým menšia deformácia dosky, menšie posunutie valcov a lepšia akustika.
V otvorenom prevedení je vodný plášť obklopujúci valec otvorený v hornej časti. To zlepšuje chladenie valcov v hornej časti. Menšia tuhosť je v súčasnosti kompenzovaná použitím kovového tesnenia hlavy.

Obr.2 - Uzavretá verzia hornej dosky motora M57TU2 Kľukové skrine dieselových motorov BMW sú vyrobené zo sivej liatiny. Počnúc motormi M57TU2 a U67TU je kľuková skriňa vyrobená z vysoko pevnej hliníkovej zliatiny.

Dieselové motory BMW používajú dizajn s uzavretou doskou. Hlavná oblasť ložiska
Konštrukcia oblasti hlavného ložiskového lôžka je obzvlášť dôležitá, pretože na tomto mieste sú vnímané sily pôsobiace na ložisko kľukového hriadeľa.
Verzie sa líšia v rovine oddeľovania kľukovej skrine a olejovej vane a v prevedení uzáverov hlavných ložísk.
Verzie deliacej roviny:

• príruba olejovej vane v strede kľukového hriadeľa;
• príruba olejovej vane pod stredom kľukového hriadeľa.

Dizajn hlavného ložiskového uzáveru:
• jednotlivé uzávery hlavných ložísk;
• integrácia do jednej rámovej štruktúry.

Hlavné ložiskové lôžko
Ložiskové lôžko je horná časť podpery kľukového hriadeľa v kľukovej skrini. Ložiská sú vždy integrované do odliatku kľukovej skrine.
Počet ložísk závisí od konštrukcie motora, predovšetkým od počtu valcov a ich umiestnenia. Dnes sa z dôvodov zníženia vibrácií používa maximálny počet hlavných ložísk kľukového hriadeľa. Maximálny počet znamená, že vedľa každého kolena kľukového hriadeľa je hlavné ložisko.
Keď motor beží, plyn v dutine kľukovej skrine je neustále v pohybe. Pohyby piestov pôsobia na plyn ako pumpy. Aby sa znížili straty pri tejto práci, mnohé motory majú dnes otvory v ložiskách ložísk. To uľahčuje vyrovnávanie tlaku v celej kľukovej skrini.

Delená rovina kľukovej skrine

Oddeľovacia rovina kľukovej skrine a olejovej vane tvorí prírubu olejovej vane. Existujú dva dizajny. V prvom prípade deliaca rovina leží v strede kľukového hriadeľa. Pretože je táto konštrukcia ekonomická na výrobu, ale má značné nevýhody z hľadiska tuhosti a akustiky, nepoužíva sa v dieselových motoroch BMW.
S druhým dizajnom (AT) príruba olejovej vane je umiestnená pod stredom kľukového hriadeľa. Zároveň sa rozlišuje kľuková skriňa so zníženými stenami a kľuková skriňa
s hornou a spodnou časťou sa nazýva konštrukcia podložnej dosky (OD). Dieselové motory BMW majú kľukovú skriňu so zníženými stenami.

Motor M67 tiež používa dizajn zníženej steny. To zaisťuje vysokú dynamickú tuhosť a dobrú akustiku. Oceľový mostík znižuje namáhanie skrutiek veka ložiska a ďalej spevňuje oblasť hlavného ložiska.

Obr.6 - Koncepcia nosného nosníka

Koncept nosného lúča
Pre dosiahnutie vysokej dynamickej tuhosti sú kľukové skrine dieselových motorov BMW konštruované podľa princípu nosného nosníka. Pri tomto dizajne sú v stenách kľukovej skrine zaliate horizontálne a vertikálne prvky skriňového prierezu. Okrem toho má kľuková skriňa znížené steny, ktoré siahajú až 60 mm pod stred kľukového hriadeľa a končia rovinou na montáž olejovej vane.

viečko hlavného ložiska
Čiapky hlavných ložísk sú spodnou stranou ložísk kľukového hriadeľa. Pri výrobe kľukovej skrine sú lôžka a kryty hlavných ložísk opracované spoločne. Preto je potrebná ich pevná vzájomná poloha. Zvyčajne sa to robí pomocou centrovacích puzdier alebo plôch vyrobených na bokoch lôžok. Ak sú kryty kľukovej skrine a hlavného ložiska vyrobené z rovnakého materiálu, môžu byť kryty vyrobené metódou delenia.
Pri oddeľovaní veka hlavného ložiska metódou lámania sa vytvorí presná lámacia plocha. Táto povrchová štruktúra presne vycentruje hlavný kryt ložiska pri inštalácii na lôžko. Dodatočná povrchová úprava nie je potrebná.

Ďalšou možnosťou presného polohovania je dierovanie povrchov lôžka a veka hlavného ložiska.
Táto fixácia zaisťuje po opätovnom zložení absolútne hladký prechod medzi lôžkom a uzáverom v hlavnom nosnom otvore.

Obr. 8 - Lisovanie povrchu veka hlavného ložiska motora M67TU
1 viečko hlavného ložiska
2 Dierovanie povrchu krytu hlavného ložiska
3 Recipročný tvar povrchu lôžka hlavného ložiska
4 Hlavné ložiskové lôžko

Keď je povrch vyrazený, viečko hlavného ložiska dostane určitý profil. Pri prvom dotiahnutí skrutiek veka hlavného ložiska sa tento profil otlačí na povrch lôžka a zabezpečí, že nedochádza k žiadnemu pohybu v priečnom a pozdĺžnom smere.
Vrchnáky ložísk sú takmer vždy vyrobené zo sivej liatiny. Všeobecné opracovanie hliníkovou kľukovou skriňou, aj keď náročné, je dnes bežné pre veľkosériovú výrobu. Kombinácia hliníkovej kľukovej skrine s vekami hlavného ložiska zo šedej liatiny ponúka určité výhody. Nízky koeficient tepelnej rozťažnosti sivej liatiny obmedzuje prevádzkové vôle kľukového hriadeľa. Spolu s vysokou tuhosťou sivej liatiny to vedie k zníženiu hluku v oblasti hlavného ložiskového lôžka.

Valec a piest tvoria spaľovaciu komoru. Piest je vložený do vložky valca. Hladký opracovaný povrch vložky valca spolu s piestnymi krúžkami zaisťuje účinné tesnenie. Okrem toho valec odovzdáva teplo kľukovej skrini alebo priamo chladiacej kvapaline. Konštrukcie valcov sa líšia v použitom materiáli:

• monometalická konštrukcia (vložka valca a kľuková skriňa sú vyrobené z rovnakého materiálu);
• technológia vkladania (vložka valca a kľuková skriňa sú vyrobené z rôznych materiálov, ktoré sú fyzicky spojené);
• spojovacia technika (vložka valca a kľuková skriňa sú vyrobené z rôznych materiálov, spojený kov).

Monokovová konštrukcia
Pri monokovovom dizajne je valec vyrobený z rovnakého materiálu ako kľuková skriňa. V prvom rade sivá liatinová kľuková skriňa a AISi kľuková skriňa sú vyrábané podľa princípu monometalickej konštrukcie. Opakovaným spracovaním sa dosiahne požadovaná kvalita povrchu. Dieselové motory BMW majú monometalické kľukové skrine vyrobené len zo sivej liatiny, as maximálny tlak pri zapálení dosiahne 180 barov.

Technológia vkladania
Materiál kľukovej skrine nie vždy spĺňa požiadavky kladené na valec. Preto je často valec vyrobený z iného materiálu, zvyčajne v kombinácii s hliníkovou kľukovou skriňou. Vložky valcov sa rozlišujú:

1. podľa spôsobu spojenia kľukovej skrine s objímkou

• integrovaná do odliatku
• stlačené
• zvlnené
• zapojiť.

2. podľa princípu činnosti v kľukovej skrini

• mokré a
• suché

3. podľa materiálu

• sivá liatina resp
• hliník

Mokré vložky valcov sú v priamom kontakte s vodným plášťom, t.j. vložky valcov a liata kľuková skriňa tvoria vodný plášť. Vodný plášť so suchými vložkami valcov je celý v liatej kľukovej skrini - podobne ako monometalický dizajn. Vložka valca nemá priamy kontakt s vodným plášťom.

Obr.9 - Suché a mokré vložky valcov
ALE Valec so suchým rukávom
AT Valec s mokrou vložkou
1 kľuková skriňa
2 Vložka valca
3 Vodná bunda

Mokré vložky valcov majú výhodu z hľadiska prenosu tepla, zatiaľ čo suché vložky majú výhodu vo výrobnej a spracovateľskej schopnosti. Výrobné náklady na vložky valcov sa spravidla znižujú pri veľkom množstve. Vložky zo sivej liatiny pre motory M57TU2 a M67TU sú tepelne spracované.

Technológia pripojenia
Ďalšou možnosťou výroby zrkadla valca s hliníkovou kľukovou skriňou je technológia pripojenia. Aj v tomto prípade sa vložky valcov vkladajú pri odlievaní. To sa samozrejme uskutočňuje pomocou špeciálneho procesu (napríklad pod vysokým tlakom), takzvaného intermetalického spojenia s kľukovou skriňou. Zrkadlo valca a kľuková skriňa sú teda neoddeliteľné. Táto technológia obmedzuje použitie procesov odlievania a tým aj dizajn kľukovej skrine. Dieselové motory BMW v súčasnosti túto technológiu nevyužívajú.

Obrábanie zrkadiel valcov
Vŕtanie valca je klzná a tesniaca plocha pre piest a piestne krúžky. Kvalita povrchu zrkadla valca je rozhodujúca pre tvorbu a rozloženie olejového filmu medzi kontaktnými časťami. Preto je drsnosť steny valca z veľkej časti zodpovedná za spotrebu oleja a opotrebovanie motora. Konečné spracovanie zrkadla valca sa vykonáva honovaním. Honovanie - leštenie povrchu pomocou kombinovaných rotačných a vratných pohybov rezného nástroja. Týmto spôsobom sa dosiahne extrémne malá odchýlka v tvare valca a rovnomerne nízka drsnosť povrchu. Opracovanie musí byť šetrné k materiálu, aby sa predišlo trieskam, nerovnomerným prechodom a otrepom.

materiálov

Už teraz je kľuková skriňa jednou z najťažších častí celého auta. A zaujíma to najkritickejšie miesto pre dynamiku jazdy: miesto nad prednou nápravou. Preto práve tu dochádza k pokusom o plné využitie potenciálu masového znižovania. Sivá liatina, ktorá sa už desaťročia používa ako materiál kľukovej skrine, je v dieselových motoroch BMW čoraz častejšie nahrádzaná hliníkovými zliatinami. To umožňuje dosiahnuť výrazné zníženie hmotnosti. V motore M57TU je to 22 kg.
Výhoda hmotnosti však nie je jediným rozdielom, ktorý vzniká pri spracovaní a použití iného materiálu. Mení sa aj akustika, antikorózne vlastnosti, požiadavky na spracovanie výroby a objemy služieb.

Šedá liatina
Liatina je zliatina železa s viac ako 2 % uhlíka a viac ako 1,5 % kremíka. Sivá liatina obsahuje prebytočný uhlík vo forme grafitu.
Pre kľukové skrine dieselových motorov BMW sa používala a používa liatina s lamelárnym grafitom, ktorá dostala svoj názov podľa umiestnenia grafitu v nej. Ďalšími zložkami zliatiny sú mangán, síra a fosfor vo veľmi malých množstvách.
Od samého začiatku bola liatina navrhovaná ako materiál pre blokové kľukové skrine sériových motorov, keďže tento materiál nie je drahý, jednoducho sa spracováva a má potrebné vlastnosti. Ľahké zliatiny nemohli dlho spĺňať tieto požiadavky. BMW používa pre svoje motory liatinu s lamelovým grafitom pre jej mimoriadne priaznivé vlastnosti.
menovite:

• dobrá tepelná vodivosť;
• dobré pevnostné vlastnosti;
• jednoduché obrábanie;
• dobré odlievacie vlastnosti;
• veľmi dobré tlmenie.

Vynikajúce tlmenie je jedným z charakteristických znakov liatiny s vločkovým grafitom. Znamená schopnosť vnímať vibrácie a tlmiť ich v dôsledku vnútorného trenia. Vďaka tomu sa výrazne zlepšujú vibračné a akustické charakteristiky motora.
Dobré vlastnosti, pevnosť a jednoduché spracovanie robia kľukovú skriňu zo sivej liatiny dnes konkurencieschopnou. Zážihové motory M a dieselové motory sa vďaka svojej vysokej pevnosti vyrábajú aj dnes s kľukovou skriňou zo sivej liatiny. Zvyšujúce sa požiadavky na hmotnosť motora osobný automobil v budúcnosti budú schopné uspokojiť iba ľahké zliatiny.

Zliatiny hliníka
Kľukové skrine z hliníkovej zliatiny sú pre dieselové motory BMW stále relatívne nové. Prvými predstaviteľmi novej generácie sú motory M57TU2 a M67TU.
Hustota hliníkových zliatin je asi tretinová v porovnaní so sivou liatinou. To však neznamená, že výhoda v hmotnosti má rovnaký pomer, pretože kvôli nižšej pevnosti musí byť takáto bloková kľuková skriňa masívnejšia.

Ďalšie vlastnosti hliníkových zliatin:

• dobrá tepelná vodivosť;
• dobrá chemická odolnosť;
• dobré pevnostné vlastnosti;
• jednoduché opracovanie.

Čistý hliník nie je vhodný na odlievanie kľukovej skrine, pretože nemá dostatočne dobré pevnostné vlastnosti. Na rozdiel od sivej liatiny sa tu hlavné legujúce zložky pridávajú v pomerne veľkých množstvách.

Zliatiny sú rozdelené do štyroch skupín v závislosti od prevládajúcej legujúcej prísady.
Tieto prísady:

• kremík (Si);
• meď (Ci);
• horčík (Md);
• zinok (Zn).

Zliatiny AlSi sa používajú výhradne pre hliníkové kľukové skrine dieselových motorov BMW. Zlepšujú sa malými prídavkami medi alebo horčíka.
Kremík má pozitívny vplyv na pevnosť zliatiny. Ak je zložka viac ako 12 %, potom je možné špeciálnym spracovaním získať veľmi vysokú tvrdosť povrchu, hoci rezanie bude komplikované. V oblasti 12 % sa dosahujú vynikajúce odlievacie vlastnosti.
Pridanie medi (2-4%) môže zlepšiť odlievacie vlastnosti zliatiny, ak je obsah kremíka nižší ako 12%.
Malý prídavok horčíka (0,2-0,5%) výrazne zvyšuje hodnoty pevnosti.
Oba naftové motory BMW využívajú hliníkovú zliatinu AISi7MgCuO.5. Materiál už BMW použilo na hlavy valcov dieselových motorov.
Ako je zrejmé z označenia AISL7MgCuO.5, táto zliatina obsahuje 7% kremíka a 0,5% medi.
Má vysokú dynamickú pevnosť. Ďalšími pozitívnymi vlastnosťami sú dobré odlievacie vlastnosti a ťažnosť. Je pravda, že to neumožňuje dosiahnuť dostatočne odolný povrch, ktorý je potrebný pre zrkadlo valca. Preto kľukové skrine vyrobené z AISI7MgCuO,5 musia byť vyrobené s vložkami valcov (pozri kapitolu "Valce").

Tabuľkový prehľad

všeobecné informácie
Zostavená hlava valcov určuje výkonové charakteristiky, ako je výkon, krútiaci moment a emisie, ako žiadna iná funkčná skupina motora. škodlivé látky, spotreba paliva a akustika. Takmer celý mechanizmus distribúcie plynu je umiestnený v hlave valca.
V súlade s tým sú úlohy, ktoré musí hlava valcov riešiť, tiež rozsiahle:

• vnímanie síl;
• umiestnenie pohonu ventilu;
• umiestnenie kanálov na zmenu náboja;
• umiestnenie žeraviacich sviečok;
• umiestnenie trysiek;
• umiestnenie kanálov chladiacej kvapaliny a mazacích systémov;
• obmedzenie valca zhora;
• odvod tepla do chladiacej kvapaliny;
• upevnenie pomocných a pripojených zariadení a snímačov.

Z úloh vyplývajú nasledujúce zaťaženia:
• sily účinkov plynov, ktoré sú vnímané závitovými spojmi hlavy valca;
• krútiaci moment vačkových hriadeľov;
• sily vznikajúce v ložiskách vačkového hriadeľa.

Procesy vstrekovania
V dieselových motoroch sa v závislosti od konštrukcie a usporiadania spaľovacej komory rozlišuje priame a nepriame vstrekovanie. Okrem toho v prípade nepriameho vstrekovania sa zase rozlišuje vírivá komora a tvorba predkovej zmesi.

Predkomorové miešanie

Predkomora je umiestnená v strede vzhľadom na hlavnú spaľovaciu komoru. Do tejto predkomory sa vstrekuje predspaľovacie palivo. K hlavnému horeniu dochádza so známym oneskorením samovznietenia v hlavnej komore. Predkomora je spojená s hlavnou komorou niekoľkými otvormi.
Palivo sa vstrekuje pomocou vstrekovača, ktorý poskytuje stupňovité vstrekovanie paliva pri tlaku asi 300 barov. Reflexný povrch v strede komory rozbíja prúd paliva a mieša sa so vzduchom. Reflexná plocha tak prispieva k rýchlej tvorbe zmesi a zefektívneniu pohybu vzduchu.

Nevýhodou tejto technológie je veľká predkomorová chladiaca plocha. Stlačený vzduch sa ochladzuje pomerne rýchlo. Preto sa takéto motory štartujú bez pomoci žeraviacich sviečok spravidla iba pri teplote chladiacej kvapaliny najmenej 50 ° C.
Vďaka dvojstupňovému spaľovaniu (najskôr v predkomore a potom v hlavnej komore) dochádza k šetrnému a takmer úplnému spaľovaniu pri relatívne plynulom chode motora. Takýto motor poskytuje znížené emisie škodlivých látok, no zároveň vyvíja menší výkon v porovnaní s motorom s priamym vstrekovaním.

Miešanie vo vírivej komore
Injekcia vortexovej komory, podobne ako v prípade predchodcu, je variantom nepriameho vstrekovania.
Vírivá komora je navrhnutá vo forme gule a je umiestnená samostatne na okraji hlavnej spaľovacej komory. Hlavná spaľovacia komora a vírivá komora sú spojené priamym tangenciálnym kanálom. Tangenciálne smerovaný priamy kanál pri stlačení vytvára silnú vzduchovú turbulenciu. Dieselové palivo sa privádza cez trysku, ktorá poskytuje postupné vstrekovanie. Otvárací tlak dýzy, ktorá zabezpečuje stupňovité vstrekovanie paliva, je 100-150 barov. Keď sa vstrekne jemne rozprášený oblak paliva, zmes sa čiastočne zapáli a rozvinie svoj plný výkon v hlavnej spaľovacej komore. Konštrukcia vírivej komory, ako aj umiestnenie dýzy a žeraviacej sviečky sú faktory, ktoré určujú kvalitu spaľovania.
To znamená, že spaľovanie začína v sférickej vírivej komore a končí v hlavnej spaľovacej komore. Žeraviace sviečky sú nevyhnutné pre štart motora, keďže medzi spaľovacou komorou a vírivou komorou je veľká plocha, ktorá prispieva k rýchlemu ochladzovaniu nasávaného vzduchu.
Prvý sériovo vyrábaný dieselový motor BMW M21D24 funguje na princípe miešania vo vírivej komore.

priame vstrekovanie
Táto technológia eliminuje oddelenie spaľovacej komory. To znamená, že pri priamom vstrekovaní nedochádza k príprave pracovnej zmesi v susednej komore. Palivo je vstrekované dýzou priamo do spaľovacej komory nad piestom.
Na rozdiel od nepriameho vstrekovania sa používajú viacprúdové dýzy. Ich trysky musia byť optimalizované a prispôsobené konštrukcii spaľovacej komory. V dôsledku vysokého tlaku vstrekovaných trysiek dochádza k okamžitému spaľovaniu, ktoré u starších modelov viedlo k hlučnému chodu motora. Pri takomto spaľovaní sa však uvoľňuje viac energie, ktorá sa potom dá využiť efektívnejšie. Tým sa znižuje spotreba paliva. Priame vstrekovanie vyžaduje vyšší vstrekovací tlak a tým aj zložitejší vstrekovací systém.
Pri teplotách pod 0 °C spravidla nie je potrebné predhrievanie, pretože tepelné straty cez steny v dôsledku jednej spaľovacej komory sú výrazne menšie ako u motorov so susednými spaľovacími komorami.

Dizajn
Konštrukcia hláv valcov sa v procese zlepšovania motorov veľmi zmenila. Tvar hlavy valcov do značnej miery závisí od častí, ktoré obsahuje.

V zásade ovplyvňujú tvar hlavy valcov tieto faktory:

• počet a usporiadanie ventilov;
• počet a usporiadanie vačkových hriadeľov;
• poloha žeraviacich sviečok;
• poloha trysky;
• tvar kanálov na zmenu náboja.

Ďalšou požiadavkou na hlavu valcov je, aby bola čo najkompaktnejšia.
Tvar hlavy valcov je primárne určený koncepciou ventilového pohonu. Pre zabezpečenie vysokého výkonu motora, nízkych emisií a nízkej spotreby paliva je potrebné, pokiaľ je to možné, efektívna a flexibilná výmena náplne a vysoký stupeň plnenia valcov. V minulosti sa na optimalizáciu týchto vlastností vykonalo nasledovné:

• horné usporiadanie ventilov;
• horný vačkový hriadeľ;
• 4 ventily na valec.

Špeciálny tvar vstupných a výstupných otvorov tiež zlepšuje výmenu náboja. Hlavy valcov sa v zásade rozlišujú podľa nasledujúcich kritérií:

• počet dielov;
• počet ventilov;
• koncepcia chladenia.

Na tomto mieste treba ešte raz spomenúť, že ako samostatný diel sa tu počíta len s hlavou valcov. Kvôli svojej zložitosti a silnej závislosti od pomenovaných častí sa často popisuje ako jedna funkčná skupina. Ďalšie témy nájdete v príslušných kapitolách.

Počet dielov
Hlava valca sa nazýva jednodielna, ak pozostáva iba z jedného veľkého odliatku. Malé časti, ako sú kryty ložísk vačkového hriadeľa, tu nie sú zahrnuté. Viacdielne hlavy valcov sú zostavené z niekoľkých jednotlivých dielov. Bežným príkladom sú hlavy valcov s naskrutkovanými nosnými koľajničkami vačkového hriadeľa. V dieselových motoroch BMW sa však v súčasnosti používajú iba jednodielne hlavy valcov.

Obr.15 - Porovnanie hlavíc s dvoma a štyrmi ventilmi
ALE Hlava valca s dvoma ventilmi
AT Hlava valca so štyrmi ventilmi
1- Kryt spaľovacej komory
2- ventily
3- Priamy kanál (vírovo-komorové miešanie s dvoma ventilmi)
4- Poloha žeraviacej sviečky (4 ventily)
5- poloha trysky ( priame vstrekovanie so štyrmi ventilmi)

Počet ventilov
Prvé štvortaktné dieselové motory mali dva ventily na valec. Jeden výfukový a jeden sací ventil. Vďaka inštalácii turbodúchadla na výfukové plyny bolo dosiahnuté dobré plnenie valcov aj s 2 ventilmi. Ale už niekoľko rokov majú všetky naftové motory štyri ventily na valec. V porovnaní s dvoma ventilmi to má za následok väčšiu celkovú plochu ventilu a tým aj lepšiu prietokovú plochu. Štyri ventily na valec tiež umožňujú centrálne umiestnenie trysky. Táto kombinácia je potrebná na zabezpečenie vysokého výkonu s nízkymi emisiami výfukových plynov.
Obr. 16 - Vírový kanál a plniaci kanál motora M57
1- výstupný kanál
2- výfukové ventily
3- vírivý kanál
4- Tryska
5- sacie ventily
6- Plniaci kanál
7- vírivý ventil
8- žeraviaca sviečka

Vo vírivom kanáli sa privádzaný vzduch otáča pre dobrú tvorbu zmesi pri nízkych otáčkach motora.
Cez tangenciálny kanál môže vzduch voľne prúdiť v priamom smere do spaľovacej komory. To zlepšuje plnenie valcov najmä pri vysokých rýchlostiach. Niekedy je nainštalovaný vírivý ventil na riadenie plnenia valcov. Pri nízkych rýchlostiach tangenciálny kanál uzatvára (silné vírenie) a pri vyšších rýchlostiach ho plynulo otvára (dobré plnenie).
Hlava valcov v moderných dieselových motoroch BMW obsahuje vírivý a plniaci kanál, ako aj centrálne umiestnenú trysku.

• Kombinácia oboch typov

Pri priečnom chladení prúdi chladivo z horúcej strany výstupu na studenú stranu vstupu. To má tú výhodu, že dochádza k rovnomernej distribúcii tepla po celej hlave valcov. Naproti tomu pri pozdĺžnom prietokovom chladení prúdi chladiaca kvapalina pozdĺž osi hlavy valcov, teda z prednej strany na stranu vývodového hriadeľa alebo naopak. Chladiaca kvapalina sa pri pohybe z valca na valec stále viac zahrieva, čo znamená veľmi nerovnomerné rozloženie tepla. Navyše to znamená pokles tlaku v chladiacom okruhu.
Kombináciou oboch typov nemožno eliminovať nevýhody pozdĺžneho prietokového chladenia. Naftové motory BMW preto využívajú výlučne chladenie s priečnym prúdením.

• utesňuje hlavu valca zhora;
• znižuje hluk motora;
• odstraňuje plyny z kľukovej skrine;
• umiestnenie systému separácie oleja

• umiestnenie ventilu ventilačného tlaku kľukovej skrine;
• umiestnenie snímačov;
• umiestnenie vývodov potrubia.

Tesnenie hlavy valcov
Tesnenie hlavy valcov (ZKD) v každom spaľovacom motore, či už benzínovom alebo naftovom, je veľmi dôležitou súčasťou. Je vystavený extrémnemu tepelnému a mechanickému namáhaniu.

Funkcie ZKD zahŕňajú vzájomnú izoláciu štyroch látok:

• spaľovanie paliva v spaľovacej komore
• atmosférický vzduch
• olej v olejových kanáloch
• chladiaca kvapalina

Tesniace tesnenia sa delia hlavne na mäkké a kovové.

Mäkké tesnenia
Tento typ tesnení je vyrobený z mäkkých materiálov, ale má kovový rám alebo nosnú dosku. Na tejto doske sú na oboch stranách držané mäkké podložky. Mäkké rukoväte majú často nanesený plastový povlak. Táto konštrukcia mu umožňuje odolávať namáhaniu, ktorému sú bežne vystavené tesnenia hlavy valcov. Otvory v ZKD vedúce do spaľovacej komory majú z dôvodu zaťaženia kovové lemovanie. Elastomérové ​​povlaky sa často používajú na stabilizáciu kanálov chladiacej kvapaliny a oleja.

Kovové tesnenia
Kovové tesnenia sa používajú v motoroch pracujúcich pri veľkom zaťažení. Takéto tesnenia obsahujú niekoľko oceľových dosiek. Hlavnou črtou kovových tesnení je, že tesnenie sa vykonáva hlavne vďaka vlnitým doskám a zátkam umiestneným medzi doskami z pružinovej ocele. Deformačné vlastnosti ZKD mu umožňujú po prvé optimálne dosadať v oblasti hlavy valcov a po druhé deformáciu do značnej miery kompenzovať elastickým zotavením. K takémuto elastickému zotaveniu dochádza v dôsledku tepelného a mechanického zaťaženia.

Hrúbka požadovanej ZKD je určená vyčnievaním koruny piesta vzhľadom na valec. Rozhodujúca je najvyššia hodnota nameraná na všetkých valcoch. K dispozícii sú tri hrúbky tesnenia hlavy valcov.
Rozdiel v hrúbke podložky je určený hrúbkou medziľahlej podložky. Podrobnosti o projekcii koruny piesta nájdete v TIS.

Olejová panvica

Olejová vaňa slúži ako nádrž na motorový olej. Vyrába sa hliníkovým odlievaním alebo dvojitým oceľovým plechom.

Všeobecné poznámky
Olejová vaňa uzatvára kľukovú skriňu motora zospodu. Pri dieselových motoroch BMW je príruba olejovej vane vždy pod stredom kľukového hriadeľa. Olejová vaňa plní nasledujúce úlohy:

• slúži ako zásobník motorového oleja a
• zhromažďuje vytekajúci motorový olej;
• zatvára kľukovú skriňu zospodu;
• je prvkom posilnenia motora a niekedy aj prevodovky;
• slúži ako miesto pre inštaláciu snímačov a
• vodiaca trubica na mierku oleja;
• tu je vypúšťacia skrutka oleja;
• znižuje hluk motora.

Ako tesnenie je inštalované oceľové tesnenie. Tesnenia zátky, ktoré boli inštalované v minulosti, sa zmrštili, čo môže viesť k uvoľneniu závitov.
Aby sa zabezpečila funkčnosť oceľového tesnenia, olej sa počas inštalácie nesmie dostať na gumené povrchy. Za určitých okolností môže tesnenie skĺznuť z tesniaceho povrchu. Preto je potrebné povrchy prírub očistiť bezprostredne pred montážou. Okrem toho je potrebné zabezpečiť, aby olej nekvapkal z motora a nedostal sa na povrchy prírub a tesnenie.

vetranie kľukovej skrine

Počas prevádzky sa v dutine kľukovej skrine tvoria parterné plyny, ktoré je potrebné odstrániť, aby sa zabránilo presakovaniu oleja v miestach utesnených plôch pri pôsobení nadmerného tlaku. Pripojenie k potrubiu čistého vzduchu, ktoré má nižší tlak, preruší ventiláciu. V moderných motoroch je ventilačný systém riadený tlakovým regulačným ventilom. Odlučovač oleja čistí plyny z kľukovej skrine od oleja a ten sa vracia cez výstupné potrubie do olejovej vane.

Všeobecné poznámky
Keď motor beží, plyny z kľukovej skrine vstupujú do kľukovej skrine z valca v dôsledku tlakového rozdielu.
Vyfukované plyny obsahujú nespálené palivo a všetky zložky výfukových plynov. V dutine kľukovej skrine sa miešajú s motorový olej, ktorý je tam prítomný vo forme olejovej hmly.
Množstvo plynov z kľukovej skrine závisí od zaťaženia. V dutine kľukovej skrine vzniká pretlak, ktorý závisí od pohybu piestu a od otáčok kľukového hriadeľa. Tento pretlak sa vytvára vo všetkých dutinách spojených s dutinou kľukovej skrine (napr. vypúšťacie potrubie oleja, rozvodová skriňa atď.) a môže viesť k úniku oleja na tesneniach.
Aby sa tomu zabránilo, bol vyvinutý systém vetrania kľukovej skrine. Najprv boli plyny z kľukovej skrine zmiešané s motorovým olejom jednoducho vyhodené do atmosféry. Z ekologických dôvodov sa systémy vetrania kľukovej skrine používajú už dlhú dobu.
Systém vetrania kľukovej skrine odvádza plyny z kľukovej skrine oddelené od motorového oleja do sacieho potrubia a kvapky motorového oleja cez vypúšťacie potrubie do olejovej vane. Systém odvetrávania kľukovej skrine navyše zaisťuje, že v kľukovej skrini nevzniká nadmerný tlak.

Neregulované vetranie kľukovej skrine
V prípade neregulovaného vetrania kľukovej skrine sú plyny z kľukovej skrine zmiešané s olejom odvetrávané podtlakom pri najvyšších otáčkach motora. Toto vákuum vzniká pri pripojení k prívodu. Odtiaľ sa zmes dostáva do odlučovača oleja. Dochádza k oddeleniu plynov z kľukovej skrine a motorového oleja.
V dieselových motoroch BMW s nenastaviteľným vetraním kľukovej skrine sa oddelenie vykonáva pomocou drôteného pletiva. "Vyčistené" plyny z kľukovej skrine sú odvádzané do sacieho potrubia motora, zatiaľ čo motorový olej sa vracia do olejovej vane (olejové tesnenia kľukového hriadeľa, tesnenie príruby olejovej vane atď.) Nefiltrovaný vzduch vstupuje do motora, čo vedie k starnutiu oleja a tvorbe kalu.

Nastaviteľné vetranie kľukovej skrine
Motor M51TU bol prvým naftovým motorom BMW s variabilným systémom vetrania kľukovej skrine.
Dieselové motory BMW s variabilným odvetrávaním kľukovej skrine na odlučovanie oleja môžu byť vybavené cyklónovým, labyrintovým alebo sieťovým odlučovačom oleja.
V prípade riadeného vetrania kľukovej skrine je dutina kľukovej skrine následne pripojená k potrubiu čistého vzduchu vzduchový filter prostredníctvom nasledujúcich komponentov:

• vetracie potrubie;
• upokojujúca komora;
• plynový kanál kľukovej skrine;
• odlučovač oleja;
• tlakový regulačný ventil.

23 - odlučovač oleja motora M47 Obr
1- Surové plyny z kľukovej skrine
2- Cyklónový odlučovač oleja
3- Čistý odlučovač oleja
4- Tlakový regulačný ventil
5- Vzduchový filter
6- Kanál na čistenie vzduchového potrubia
7- Hadica na čistenie vzduchového potrubia
8- Vyčistite vzduchové potrubie

V potrubí čistého vzduchu je podtlak v dôsledku činnosti turbodúchadla výfukových plynov.
Pod vplyvom tlakového rozdielu vzhľadom na kľukovú skriňu plyny z kľukovej skrine vstupujú do hlavy valca a najskôr sa tam dostanú do upokojovacej komory.
Upokojovacia komora slúži na to, aby rozprašovaný olej napr. vačkové hriadele vstúpil do systému vetrania kľukovej skrine. Ak sa separácia oleja vykonáva pomocou labyrintu, úlohou tichej komory je eliminovať kolísanie plynov v kľukovej skrini. Tým sa zabráni budeniu membrány v tlakovom regulačnom ventile. Pre motory s cyklónovým odlučovačom oleja sú tieto výkyvy celkom prijateľné, pretože to zvyšuje účinnosť odlučovania oleja. Plyn sa potom usadzuje v cyklónovom odlučovači oleja. Preto tu má upokojovacia komora inú konštrukciu ako v prípade labyrintovej separácie oleja.
Plyny z kľukovej skrine vstupujú do odlučovača oleja cez prívodné potrubie, kde sa oddeľuje motorový olej. Oddelený motorový olej steká späť do olejovej vane. Vyčistené výfukové plyny sú neustále privádzané cez tlakový regulačný ventil do potrubia čistého vzduchu pred turbodúchadlom výfukových plynov Moderné dieselové motory BMW sú vybavené 2-zložkovými odlučovačmi oleja. Najprv sa vykoná predbežná separácia oleja pomocou cyklónového odlučovača oleja a potom sa uskutoční konečná separácia oleja v nasledujúcom mriežkovom odlučovači oleja. Takmer všetky moderné dieselové motory BMW majú oba odlučovače oleja v rovnakom kryte. Výnimkou je motor M67. Tu sa separácia oleja vykonáva aj cyklónovými a mriežkovými odlučovačmi oleja, nie sú však spojené do jedného celku. Predbežné oddelenie oleja prebieha v hlave valcov (hliník) a konečné oddelenie oleja pomocou sieťového odlučovača oleja prebieha v samostatnom plastovom kryte.

Proces úpravy
Keď motor nebeží, tlakový regulačný ventil je otvorený (stav ALE). Okolitý tlak pôsobí na obe strany membrány, t.j. membrána je úplne otvorená pôsobením pružiny.
Pri štartovaní motora vzniká podtlak počas sacie potrubie a ventil na reguláciu tlaku sa zatvorí (stav AT). Tento stav sa vždy udržiava pri voľnobehu alebo pri dobehu, pretože v tomto prípade nie sú žiadne plyny z kľukovej skrine. Vnútorná strana membrány je tak vystavená veľkému relatívnemu vákuu (vzhľadom na okolitý tlak). V tomto prípade okolitý tlak, ktorý pôsobí na vonkajšiu stranu membrány, uzatvára ventil proti sile pružiny. Pri zaťažení a otáčaní kľukového hriadeľa sa objavujú plyny z kľukovej skrine. plyny z kľukovej skrine ( 8 ) znížiť relatívne vákuum, ktoré pôsobí na membránu. V dôsledku toho môže pružina otvoriť ventil a plyny z kľukovej skrine unikajú. Ventil zostane otvorený, kým sa nevytvorí rovnováha medzi okolitým tlakom a vákuom v kľukovej skrini plus silou pružiny (stav OD). Čím viac plynov z kľukovej skrine sa uvoľní, tým menšie bude relatívne vákuum pôsobiace na vnútornú stranu membrány a tým viac sa otvorí tlakový regulačný ventil. Tým sa v kľukovej skrini udržiava určité vákuum (cca 15 mbar).

Separácia oleja

Na uvoľnenie plynov z kľukovej skrine z motorového oleja sa v závislosti od typu motora používajú rôzne odlučovače oleja.

• Cyklónový odlučovač oleja
• Labyrintový odlučovač oleja
• Čistý odlučovač oleja

Kedy cyklónový odlučovač oleja plyny z kľukovej skrine sú smerované do valcovej komory tak, že sa tam otáčajú. Pôsobením odstredivej sily sa ťažký olej vytláča z plynu smerom von k stenám valca. Odtiaľ môže odtekať cez vypúšťacie potrubie oleja do olejovej vane. Cyklónový odlučovač oleja je veľmi účinný. Vyžaduje si to však veľa priestoru.
AT labyrintový odlučovač oleja plyny z kľukovej skrine prechádzajú labyrintom plastových priečok. Takýto odlučovač oleja je umiestnený v kryte v kryte hlavy valcov. Olej zostáva na priehradkách a cez špeciálne otvory môže odtekať do hlavy valcov a odtiaľ späť do olejovej vane.
Čistý odlučovač oleja schopný filtrovať aj tie najmenšie kvapôčky. Jadrom sieťového filtra je vláknitý materiál. Tenké netkané vlákna s vysokým obsahom sadzí sú však náchylné na rýchle zanášanie pórov. Preto má sito odlučovača oleja obmedzenú životnosť a musí sa v rámci údržby vymeniť.

Kľukový hriadeľ s ložiskami

Kľukový hriadeľ prevádza lineárny pohyb piestu na rotačný pohyb. Zaťaženia, ktoré pôsobia na kľukový hriadeľ, sú veľmi veľké a mimoriadne zložité. Pre prevádzku pri zvýšenom zaťažení sú kľukové hriadele odlievané alebo kované. Kľukové hriadele sú uložené s klznými ložiskami, do ktorých je privádzaný olej. pričom jedno ložisko vedie v axiálnom smere.

všeobecné informácie
Kľukový hriadeľ prevádza lineárny (vratný) pohyb piestov na rotačný pohyb. Sily sa prenášajú cez ojnice na kľukový hriadeľ a premieňajú sa na krútiaci moment. V tomto prípade kľukový hriadeľ spočíva na hlavných ložiskách.

Okrem toho kľukový hriadeľ preberá tieto úlohy:

• pohon pomocných a pripojených zariadení pomocou remeňov;
• pohon ventilov;
• často pohon olejového čerpadla;
• v niektorých prípadoch pohon vyvažovacích hriadeľov.

Pôsobením síl, ktoré sa menia v čase a smere, krútiacich momentov a ohybových momentov, ako aj vybudených vibrácií, vzniká zaťaženie. Takéto zložité zaťaženia kladú veľmi vysoké nároky na kľukový hriadeľ.
Životnosť kľukového hriadeľa závisí od nasledujúcich faktorov:

• pevnosť v ohybe ( slabé stránky sú prechody medzi sedadlá ložiská a čelá hriadeľa);
• torzná pevnosť (zvyčajne ju znižujú mazacie otvory);
• odolnosť voči torzným vibráciám (to ovplyvňuje nielen tuhosť, ale aj hlučnosť);
• odolnosť proti opotrebovaniu (na podperách);
• opotrebovanie olejových tesnení (strata motorového oleja v dôsledku netesností).

Dizajn
Kľukový hriadeľ pozostáva z jedného kusu, odliateho alebo kovaného, ​​ktorý je rozdelený na veľké množstvo rôznych sekcií. Hlavné ložiskové čapy zapadajú do ložísk v kľukovej skrini.
Cez takzvané líca (alebo niekedy aj náušnice) sú ojničné čapy spojené s kľukovým hriadeľom. Táto časť s ojnicovým krkom a lícami sa nazýva koleno. Dieselové motory BMW majú hlavné ložisko kľukového hriadeľa vedľa každého čapu. V radových motoroch je jedna ojnica pripojená ku každému kľukovému čapu cez ložisko a dve v motoroch v tvare V. To znamená, že kľukový hriadeľ 6-valcového radového motora má sedem hlavných ložiskových čapov. Hlavné ložiská sú očíslované postupne spredu dozadu.
Vzdialenosť medzi čapom ojnice a osou kľukového hriadeľa určuje zdvih piestu. Uhol medzi čapmi ojnice určuje interval medzi zážihmi v jednotlivých valcoch. Pre dve úplné otáčky kľukového hriadeľa alebo 720 ° v každom valci dôjde k jednému zapáleniu.
Tento uhol, ktorý sa nazýva vzdialenosť medzi kľukovými čapmi alebo uhol medzi kolenami, sa vypočíta v závislosti od počtu valcov, konštrukcie (motor v tvare V alebo radový motor) a poradia činnosti valcov. Cieľom je zabezpečiť hladký a rovnomerný chod motora. Napríklad v prípade 6-valcového motora dostaneme nasledujúci výpočet. Uhol 720° delený 6 valcami má za následok rozstup kľukového hriadeľa alebo interval nástrelu 120° kľukového hriadeľa.
V kľukovom hriadeli sú otvory na olej. Zásobujú ojničné ložiská olejom. Prebiehajú od čapov hlavných ložísk k čapom ojníc a sú cez ložiská ložísk pripojené k okruhu motorového oleja.
Protizávažia tvoria hmotu symetrickú okolo osi kľukového hriadeľa a prispievajú tak k rovnomernému chodu motora. Sú vyrobené tak, že spolu so silami zotrvačnosti rotácie kompenzujú aj časť síl zotrvačnosti vratného pohybu.
Bez protizávaží by došlo k silnej deformácii kľukového hriadeľa, čo by viedlo k nevyváženosti a nerovnomernému chodu, ako aj k veľkému namáhaniu v nebezpečných častiach kľukového hriadeľa.
Počet protizávaží je rôzny. Historicky najviac kľukové hriadele mal dve protizávažia, symetricky vľavo a vpravo od kľukového čapu. Osemvalce v tvare V, ako napríklad M67, majú šesť rovnakých protizávaží.
Pre zníženie hmotnosti môžu byť kľukové hriadele v oblasti stredných hlavných ložísk duté. V prípade kovaných kľukových hriadeľov sa to dosiahne vŕtaním.

Výroba a vlastnosti
Kľukové hriadele sú buď liate alebo kované. Motory s vysokým krútiacim momentom sú vybavené kovanými kľukovými hriadeľmi.

Výhody liatych kľukových hriadeľov oproti kovaným:

• liate kľukové hriadele sú výrazne lacnejšie;
• odlievacie materiály sa veľmi dobre hodia na povrchovú úpravu na zvýšenie sily vibrácií;
• liate kľukové hriadele v rovnakom prevedení majú hmotnosť menšiu ako cca. na 10 %;
• liate kľukové hriadele sú lepšie opracované;
• líce kľukového hriadeľa sa zvyčajne nedajú spracovať.

Výhody kovaných kľukových hriadeľov oproti liatym:

• kované kľukové hriadele sú tuhšie a majú lepšiu odolnosť voči vibráciám;
• v kombinácii s hliníkovou kľukovou skriňou by mala byť prevodovka čo najpevnejšia, pretože samotná kľuková skriňa má nízku tuhosť;
• kované kľukové hriadele majú nízke opotrebovanie čapu ložísk.

Výhody kovaných kľukových hriadeľov môžu byť kompenzované liatymi hriadeľmi s:

• väčší priemer v oblasti ložiska;
• drahé systémy tlmenie vibrácií;
• veľmi tuhá konštrukcia kľukovej skrine.

Ložiská

Ako už bolo spomenuté, kľukový hriadeľ v dieselovom motore BMW je uložený v ložiskách na oboch stranách kľukového čapu. Tieto hlavné ložiská držia kľukový hriadeľ v kľukovej skrini. Zaťažená strana je v kryte ložiska. Tu je vnímaná sila vznikajúca počas spaľovacieho procesu.
Pre spoľahlivú prevádzku motora sú potrebné hlavné ložiská s nízkym opotrebovaním. Preto sa používajú ložiskové panvy, ktorých klzná plocha je potiahnutá špeciálnymi ložiskovými materiálmi. Klzná plocha je vo vnútri, t.j. ložiskové panvy sa neotáčajú s hriadeľom, ale sú upevnené v kľukovej skrini.
Nízke opotrebovanie je zabezpečené, ak sú klzné plochy oddelené tenkým olejovým filmom. To znamená, že musí byť zabezpečený dostatočný prísun oleja. Toto sa ideálne vykonáva z nezaťaženej strany, teda v tomto prípade zo strany hlavného ložiskového lôžka. Mazanie motorovým olejom prebieha cez mazací otvor. Kruhová drážka (v radiálnom smere) zlepšuje distribúciu oleja. Zmenšuje však klznú plochu a tým zvyšuje účinný tlak. Presnejšie povedané, ložisko je rozdelené na dve polovice s nižšou únosnosťou. Preto sa olejové drážky zvyčajne nachádzajú iba v nezaťaženej oblasti. Motorový olej chladí aj ložisko.

Ložiská s trojvrstvovou vložkou
Hlavné ložiská kľukového hriadeľa, na ktoré sú kladené vysoké nároky, sú často konštruované ako ložiská s trojvrstvovou vložkou. Vrstva babbittu je dodatočne galvanicky nanesená na povlak kovového ložiska (napríklad olovo alebo hliníkový bronz) na oceľovom puzdre. To prináša zlepšenie dynamických vlastností. Pevnosť takejto vrstvy je tým vyššia, čím je vrstva tenšia. Hrúbka babbittu je cca. 0,02 mm, hrúbka kovovej základne ložiska je medzi 0,4 a 1 mm.

Potiahnuté ložiská
Ďalším typom ložiska kľukového hriadeľa je potiahnuté ložisko. Ide o ložisko s trojvrstvovým plášťom s vrstvou nastriekanou na klznú plochu, ktorá znesie veľmi vysoké zaťaženie. Takéto ložiská sa používajú vo vysoko zaťažených motoroch.
Ložiská s povlakom sú vďaka svojim materiálovým vlastnostiam veľmi tvrdé. Preto sa takéto ložiská zvyčajne používajú na miestach, kde dochádza k najväčšiemu zaťaženiu. To znamená, že potiahnuté ložiská sú namontované len na jednej strane (tlaková strana). Na opačnej strane je vždy osadené mäkšie ložisko, a to ložisko s trojvrstvovou vložkou. Mäkší materiál takéhoto ložiska je schopný absorbovať častice nečistôt z dielu. Je to mimoriadne dôležité, aby sa zabránilo jeho poškodeniu.
Vysávanie oddeľuje najmenšie častice. Pomocou elektromagnetických polí sa tieto častice nanášajú na klznú plochu ložiska s trojvrstvovou vložkou. Tento proces sa nazýva naprašovanie. Striekaná klzná vrstva sa vyznačuje optimálnym rozložením jednotlivých komponentov.
Potiahnuté ložiská v oblasti kľukového hriadeľa sú inštalované v dieselových motoroch BMW s maximálnym výkonom a v TOP verziách.

Opatrné zaobchádzanie s ložiskovými panvami je nevyhnutné, pretože veľmi tenká kovová vrstva ložiska nedokáže kompenzovať plastickú deformáciu.
Ložiská s povlakom možno identifikovať podľa vyrazeného písmena „S“ na zadnej strane krytu ložiska.
Axiálne ložisko
Kľukový hriadeľ má len jedno axiálne ložisko, ktoré sa často označuje ako centrovacie alebo axiálne ložisko. Ložisko drží kľukový hriadeľ v axiálnom smere a musí absorbovať sily pôsobiace v pozdĺžnom smere. Tieto sily sú generované:

• ozubené kolesá so šikmými zubami na pohon olejového čerpadla;
• pohon ovládania spojky;
• zrýchlenie auta.

Axiálne ložisko môže byť vo forme ramenného ložiska alebo zloženého ložiska s axiálnymi podložkami.
Osadené axiálne ložisko má 2 brúsené dosadacie plochy pre kľukový hriadeľ a dosadá na hlavné ložiskové lôžko v kľukovej skrini. Prírubové ložisko je jednodielna polovica ložiska s plochým povrchom kolmým alebo rovnobežným s osou. Na starších motoroch bola nainštalovaná iba jedna polovica prírubového ložiska. Kľukový hriadeľ mal axiálne ložisko len 180°.
Kompozitné ložiská sa skladajú z niekoľkých častí. Pri tejto technológii je na oboch stranách inštalovaný jeden prítlačný polkrúžok. Poskytujú stabilné, voľné spojenie s kľukovým hriadeľom. Vďaka tomu sú prítlačné polkrúžky pohyblivé a dosadajú rovnomerne, čo znižuje opotrebovanie. V moderných dieselových motoroch sú na vedenie kľukového hriadeľa nainštalované dve polovice kompozitného ložiska. Vďaka tomu je kľukový hriadeľ podopretý o 360°, čo zaisťuje veľmi dobrú odolnosť voči axiálnemu pohybu.
Je dôležité, aby bolo zabezpečené mazanie motorovým olejom. Porucha axiálneho ložiska je zvyčajne spôsobená prehriatím.
Opotrebované axiálne ložisko začína vydávať hluk, predovšetkým v oblasti tlmiča torzných vibrácií. Ďalším príznakom môže byť porucha snímača kľukového hriadeľa, ktorý pri autách s automatická prevodovka prevodového stupňa sa prejavuje tvrdými otrasmi pri radení prevodových stupňov.

Ojnice s ložiskami Všeobecné informácie
Ojnica v kľukovom mechanizme spája piest s kľukovým hriadeľom. Prevádza lineárny pohyb piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Okrem toho prenáša sily vznikajúce pri spaľovaní paliva a pôsobiace na piest z piestu na kľukový hriadeľ. Keďže ide o časť, ktorá zažíva veľmi veľké zrýchlenia, jej hmotnosť má priamy vplyv na výkon a plynulosť motora. Preto sa pri vytváraní motorov s najpohodlnejším chodom kladie veľký dôraz na optimalizáciu hmotnosti ojníc. Ojnica je vystavená silovým zaťaženiam plynov v spaľovacej komore a zotrvačných hmôt (vrátane svojich vlastných). Ojnica je vystavená premenlivým zaťaženiam v tlaku a ťahu. Vo vysokej rýchlosti benzínové motory Rozhodujúce sú ťahové zaťaženia. Okrem toho v dôsledku bočných odchýlok ojnice, odstredivá sila, čo spôsobuje ohýbanie.

Vlastnosti spojovacích tyčí sú:

• Motory M47 / M57 / M67: časti ložísk na ojnici sú vyrobené vo forme potiahnutých ložísk;
• Motor M57: ojnica je rovnaká ako pri motore M47, materiál C45 V85;
• Motor M67: trapézová ojnica so spodnou hlavou vyrobená lámaním, materiál C70;
• M67TU: Hrúbka púzdra ojničného ložiska sa zvýšila na 2 mm. Skrutky ojnice sú prvýkrát inštalované s tmelom.

Ojnica prenáša silu a tlak z piestu na kľukový hriadeľ. Spojovacie tyče sú dnes vyrobené z kovanej ocele a konektor na veľkej hlave je vyrobený rozbitím. Zlom má okrem iného tú výhodu, že roviny lomu nevyžadujú dodatočné spracovanie a obe časti sú voči sebe presne umiestnené.

Dizajn
Ojnica má dve hlavy. Cez malú hlavu je ojnica spojená s piestom pomocou piestneho čapu. Kvôli bočnému vychýleniu ojnice pri otáčaní kľukového hriadeľa sa musí dať otáčať v pieste. To sa vykonáva pomocou klzného ložiska. Na tento účel sa do malej hlavy ojnice vtlačí objímka.
Cez otvor na tomto konci ojnice (na strane piestu) je olej privádzaný do ložiska. Na boku kľukového hriadeľa je veľká delená hlava ojnice. Veľká hlava ojnice sa delí, aby sa ojnica dala spojiť s kľukovým hriadeľom. Chod tejto zostavy zabezpečuje klzné ložisko. Klzné ložisko pozostáva z dvoch puzdier. Olejový otvor v kľukovom hriadeli zásobuje ložisko motorovým olejom.
Nasledujúce obrázky zobrazujú geometriu drieku rovných a šikmých delených ojníc. Ojnice so šikmým konektorom sa používajú hlavne v motoroch tvaru V.
Motory v tvare V majú kvôli vysokému zaťaženiu veľký priemer ojničných čapov. Šikmý konektor umožňuje urobiť kľukovú skriňu kompaktnejšou, pretože pri otáčaní kľukového hriadeľa opisuje v spodnej časti menšiu krivku.

Lichobežníková ojnica
V prípade lichobežníkovej ojnice má malá hlavica v priereze tvar lichobežníka. To znamená, že spojovacia tyč sa stáva tenšou od základne, priľahlej k tyči spojovacej tyče, po koniec pri malej hlave spojovacej tyče. To ďalej znižuje hmotnosť, pretože sa šetrí materiál na „nezaťaženej" strane, zatiaľ čo na zaťaženej strane zostáva zachovaná plná šírka ložiska. Znižuje sa aj vzdialenosť medzi výstupkami, čo následne znižuje vychýlenie piestneho čapu. .Ďalšou výhodou je absencia olejového otvoru na malom konci ojnice, keďže olej vstupuje cez skosenú bočnú stenu klzného ložiska.Vďaka absencii otvoru je eliminovaný jeho negatívny vplyv na pevnosť, čo umožňuje výrobu ojnice V tomto mieste je ešte tenšia. Tým sa šetrí nielen hmotnosť, ale aj zväčšenie priestoru piestu.

Výroba a vlastnosti
Polotovar prútu je možné vyrobiť rôznymi spôsobmi.

lisovanie za tepla
Východiskovým materiálom na výrobu polotovaru ojnice je oceľová tyč, ktorá sa zahreje na cca. až 1250-1300 "C. Valcovaním sa hmoty prerozdeľujú smerom k hlavám ojníc. Pri formovaní hlavnej formy pri lisovaní vzniká v dôsledku prebytočného materiálu záblesk, ktorý sa následne odstraňuje. vlastnosti lisovania sa zlepšujú tepelným spracovaním.

Casting
Pri odlievaní ojníc sa používa plastový alebo kovový model. Tento model sa skladá z dvoch polovíc, ktoré spolu tvoria ojnicu. Každá polovica je formovaná v piesku, takže reverzné polovice sú vyrobené zodpovedajúcim spôsobom. Ak ich teraz spojíte, získate formu na odlievanie ojnice. Pre väčšiu účinnosť je veľa ojníc odliatych vedľa seba v jednej forme. Forma sa naplní tekutým železom, ktoré potom pomaly chladne.

Liečba
Bez ohľadu na to, ako boli polotovary vyrobené, sú opracované na konečné rozmery.
Na zabezpečenie plynulého chodu motora musia mať ojnice špecifikovanú hmotnosť v úzkom tolerančnom rozsahu. Predtým sa na to nastavovali prídavné spracovateľské rozmery, ktoré sa potom v prípade potreby frézovali.Pri moderných výrobných postupoch sú technologické parametre kontrolované tak presne, že umožňujú výrobu ojníc v prijateľných hmotnostných limitoch.
Spracované sú len koncové plochy veľkých a malých hláv a samotné hlavy ojníc. Ak sa spojenie hlavy ojnice vykonáva rezaním, potom musia byť povrchy spojenia dodatočne spracované. Vnútorný povrch veľkej hlavy ojnice je potom vyvŕtaný a honovaný.

Konektor zlomeniny
V tomto prípade je veľká hlava rozdelená v dôsledku prestávky. V tomto prípade sa určené miesto poruchy označí dierovaním, prerážaním alebo pomocou laseru. Potom sa hlava ojnice upne na špeciálny dvojdielny tŕň a oddelí sa stlačením klinu.
To si vyžaduje materiál, ktorý sa láme bez toho, aby sa predtým príliš naťahoval (deformácia Pri prasknutí uzáveru ojnice, tak v prípade oceľovej ojnice, ako aj v prípade ojnice z práškových materiálov, sa vytvorí lomová plocha. Táto štruktúra povrchu presne vycentruje veko hlavného ložiska počas inštalácie na ojnicu.
Lom má tú výhodu, že nie je potrebné ďalšie opracovanie deliacej plochy. Oba polčasy sa presne zhodujú. Polohovanie pomocou centrovacích puzdier alebo skrutiek nie je potrebné. Ak sa uzáver ojnice obráti alebo nainštaluje na druhú tyč ojnice, zlomová štruktúra oboch častí sa zničí a uzáver sa nevycentruje. V tomto prípade je potrebné vymeniť celú ojnicu za novú.

Zapínanie na závit

Závitové upevnenie ojnice vyžaduje špeciálny prístup, pretože je vystavené veľmi vysokému zaťaženiu.
Závitové spojovacie prvky ojníc sú vystavené veľmi rýchlo sa meniacemu zaťaženiu počas otáčania kľukového hriadeľa. Keďže ojnica a jej upevňovacie skrutky sú pohyblivé časti motora, ich hmotnosť by mala byť minimálna. Okrem toho obmedzený priestor vyžaduje kompaktný upevňovací prvok so závitom. To má za následok veľmi vysoké zaťaženie závitového upevnenia ojnice, čo si vyžaduje obzvlášť opatrné zaobchádzanie.
Podrobnosti o závitoch ojnice, ako sú závity, poradie uťahovania atď., nájdete v TIS a ETC.
Pri inštalácii nová sada spojovacích tyčí:
skrutky ojnice je možné dotiahnuť iba raz pri montáži ojnice na kontrolu vôle ložiska a potom pri konečnej montáži. Keďže skrutky ojnice boli pri spracovaní ojnice už trikrát dotiahnuté, dosiahli už svoju maximálnu pevnosť v ťahu.
Ak sa ojnice znovu použijú a vymenia sa iba skrutky ojnice: skrutky ojnice sa musia po kontrole vôlí ložísk znova dotiahnuť, znova povoliť a dotiahnuť tretíkrát na maximálnu pevnosť v ťahu.
Ak boli skrutky ojnice utiahnuté aspoň trikrát alebo viac ako päťkrát, dôjde k poškodeniu motora.

Piest s krúžkami a piestnym čapom

Piesty premieňajú tlak plynu vznikajúci pri spaľovaní na pohyb.Pre tvorbu zmesi je rozhodujúci tvar hlavy piesta. Piestne krúžky zaisťujú dôkladné utesnenie spaľovacieho priestoru a regulujú hrúbku olejového filmu na stene valca.
všeobecné informácie
Piest je prvým článkom v reťazci častí, ktoré prenášajú výkon motora. Úlohou piestu je absorbovať tlakové sily vznikajúce pri spaľovaní a prenášať ich cez piestny čap a ojnicu na kľukový hriadeľ. To znamená, že premieňa tepelnú energiu spaľovania na mechanickú energiu. Okrem toho musí piest poháňať hornú hlavu ojnice. Piest spolu s piestnymi krúžkami musí zabraňovať emisiám plynov zo spaľovacieho priestoru a spotrebe oleja, a to spoľahlivo a pri všetkých prevádzkových režimoch motora. Prítomnosť oleja na kontaktných plochách napomáha utesneniu. Piesty dieselových motorov BMW sú vyrobené výhradne zo zliatin hliníka a kremíka. Inštalované sú takzvané celoobrubové autotermálne piesty, v ktorých oceľové pásy obsiahnuté v odliatku slúžia na zmenšenie montážnych medzier a reguláciu množstva tepla generovaného motorom. Aby sa materiál prispôsobil stenám valca zo sivej liatiny, na povrch plášťa piesta je nanesená vrstva grafitu (metódou polotekutého trenia), vďaka čomu sa trenie zníži a zlepšia sa akustické vlastnosti.

Ako súčasť kľukového mechanizmu je piest vystavený zaťaženiu:

• tlakové sily plynov vznikajúce pri spaľovaní;
• pohyblivé inerciálne časti;
• sily bočného sklzu;
• moment v ťažisku piesta, ktorý je spôsobený umiestnením piestneho čapu s odsadením od stredu.

Zotrvačné sily pohybujúcich sa vratných častí vznikajú v dôsledku pohybu samotného piestu, piestnych krúžkov, piestneho čapu a častí ojnice. Zotrvačné sily narastajú v kvadratickej závislosti od rýchlosti otáčania. Preto je pri vysokootáčkových motoroch veľmi dôležitá nízka hmotnosť piestov spolu s krúžkami a piestnymi čapmi. V dieselových motoroch sú koruny piestov vystavené mimoriadne vysokému zaťaženiu v dôsledku zapaľovacieho tlaku až 180 barov.
Vychýlenie ojnice vytvára bočné zaťaženie piestu kolmo na os valca. To pôsobí tak, že piest, resp. po spodnom resp top mŕtvy hrot je stlačený z jednej strany steny valca na druhú. Toto správanie sa nazýva zmena fit alebo zmena strany. Na zníženie hluku a opotrebovania piesta je piestny čap často odsadený od stredu o cca. 1-2 mm (neaxiálne), To vytvára moment, ktorý optimalizuje správanie piestu pri zmene lícovania.

Dizajn

Piest má tieto hlavné oblasti:

• dno piestu;
• pás piestneho krúžku s chladiacim kanálom;
• obruba piestu;
• nástavec piestu.

Dieselové motory BMW majú dutinu spaľovacej komory v korune piestu. Tvar dutiny je určený spaľovacím procesom a polohou ventilov. Oblasť pásu piestneho krúžku je spodná časť takzvaného vystreľovacieho pásu medzi korunou piesta a prvým piestny krúžok, ako aj prepojku medzi 2. piestnym krúžkom a stieracím krúžkom oleja.