Pracovní postup 6. Pracovní postup válců spalovacího motoru

Systémové komponenty

Přehled systému

Mechanické součásti a části vznětového motoru Nejprve popsaný následující motor je rozdělen do tří velkých částí.

• Kliková skříň
• klikový mechanismus
• Mechanismus distribuce plynu

Tyto tři části jsou v neustálé interakci. vztahy, které mají významný vliv na vlastnosti motoru:
• interval mezi zapálením;
• pořadí činnosti válců;
• hmotnostní vyrovnávání.

Interval zapalování
Mechanické prvky motoru se dělí především do tří skupin: kliková skříň motoru, klikový mechanismus a pohon ventilu. Tyto tři skupiny jsou úzce propojeny a musí být vzájemně dohodnuty. Interval zážehu je úhel natočení klikového hřídele mezi dvěma po sobě jdoucími zážehy.
Během jednoho pracovního cyklu se směs paliva a vzduchu v každém válci zapálí jednou. Pracovní cyklus (sání, komprese, zdvih, výfuk) čtyřdobého motoru trvá dvě úplné otáčky klikového hřídele, tj. úhel natočení je 720°.
Stejný interval mezi zážehy zajišťuje rovnoměrný chod motoru při všech otáčkách. Tento interval mezi zapálením se získá následovně:
interval zapalování = 720°: počet válců

Příklady:

• čtyřválcový motor: 180° klikový hřídel (KB)
• šestiválcový motor: 120° KB
• osmiválcový motor: 90° SV.

Čím větší je počet válců, tím kratší je interval mezi zážehy. Čím kratší je interval mezi zážehem, tím rovnoměrněji běží motor.
Alespoň teoreticky, protože se k tomu přidává ještě vyvažování hmoty, které závisí na konstrukci motoru a pořadí chodu válců. Aby se válec zapálil, musí být odpovídající píst v "TDC na konci kompresního zdvihu", to znamená, že příslušné sací a výfukové ventily musí být uzavřeny. K tomu může dojít pouze tehdy, když jsou klikový hřídel a vačkový hřídel správně umístěny vůči sobě. Interval zážehu je určen vzájemnou polohou čepů ojnice (úhlová vzdálenost mezi koleny) klikového hřídele, tj. úhlem mezi čepy po sobě jdoucích válců (pořadí zapalování válců). U motorů do V, úhel odklonu se musí rovnat intervalu zážehu, aby se dosáhlo jednotného výkonu.
Osmiválcové motory BMW proto mají mezi řadami válců úhel 90°.

Pořadí činnosti válců
Pořadí zapalování válců je pořadí, ve kterém dochází ke zážehu ve válcích motoru.
Pořadí válců je přímo zodpovědné za hladký chod motoru. Určuje se v závislosti na konstrukci motoru, počtu válců a intervalu mezi zážehy.
Pořadí střelby válců je vždy uvedeno počínaje prvním válcem.

Hmotnostní vyvažování
Jak bylo popsáno výše, plynulost motoru závisí na konstrukci motoru, počtu válců, pořadí zapalování válce a intervalu zapalování.
Jejich vliv lze ilustrovat na příkladu šestiválcového motoru, který BMW vyrábí jako řadový, i když zabírá více místa a jeho výroba je pracnější. Rozdíl lze pochopit porovnáním hmotnostního vyvážení řadových a šestiválcových motorů ve tvaru V.
Následující obrázek ukazuje moment křivek setrvačnosti pro řadový šestiválec BMW, motor V6 60° a motor V6 90°.
Rozdíl je zřejmý. U řadového šestiválce jsou pohyby hmoty vyváženy natolik, že celý motor prakticky stojí. Šestiválce ve tvaru V mají naopak jasnou tendenci k pohybu, což se projevuje nerovnoměrným chodem.

Části těla
Části karoserie motoru se izolují od okolního prostředí a vnímají různé síly, které se vyskytují při provozu motoru.

Části tělesa motoru se skládají z hlavních částí znázorněných na následujícím obrázku. Těsnění a šrouby jsou také potřebné k plnění úkolů klikové skříně.

Hlavní cíle:

• vnímání sil vznikajících při provozu motoru;
• těsnění spalovacích komor, olejové vany a chladicího pláště;
• umístění klikového mechanismu a pohonu ventilů, jakož i dalších komponentů.

Klikový mechanismus
Klikový mechanismus je zodpovědný za přeměnu tlaku, který vzniká při spalování směsi paliva a vzduchu, na užitečný pohyb. V tomto případě dostává píst přímočaré zrychlení. Ojnice přenáší tento pohyb na klikový hřídel, který jej převádí na rotační pohyb.

Klikový mechanismus je funkční skupina, která přeměňuje tlak ve spalovací komoře na kinetickou energii. V tomto případě se vratný pohyb pístu změní na rotační pohyb klikového hřídele. Klikový mechanismus je optimálním řešením z hlediska pracovního výkonu, efektivity a technické proveditelnosti.

Samozřejmě existují následující technická omezení a požadavky na design:

• omezení rychlosti v důsledku setrvačných sil;
• nestálost sil během pracovního cyklu;
• výskyt torzních vibrací, které vytvářejí zatížení na převodovce a na klikovém hřídeli;
• interakce různých třecích ploch.

Pohon ventilu
Pohon ventilu řídí změnu náplně. V moderních dieselových motorech BMW se používá pouze hotový ventilový rozvod se čtyřmi ventily na válec. Přenos pohybu na ventil se provádí pomocí tlačné páky.

Motor musí být pravidelně zásobován venkovním vzduchem, zatímco výfukové plyny, které produkuje, musí být odvětrány. U čtyřdobého motoru se nasávání venkovního vzduchu a výfuk výfukových plynů nazývá výměna náplně nebo výměna plynu. Během procesu výměny náplně se vstupní a výstupní otvory periodicky otevírají a zavírají pomocí vstupních a výstupních ventilů.
Zdvižné ventily se používají jako sací a výfukové ventily. Trvání a sled pohybů ventilů zajišťuje vačkový hřídel.

Design
Pohon ventilu se skládá z následujících částí:

• vačkové hřídele;
• převodové prvky (válcové páky tlačníků);
• ventily (celá skupina);
• hydraulická kompenzace vůle ventilů (HVA), je-li ve výbavě;
• vedení ventilů s ventilovými pružinami.

Na následujícím obrázku je znázorněna konstrukce čtyřventilové hlavy válců (motor M47) s válečkovými vahadlami a hydraulickým vyrovnáváním ventilové vůle.

Konstrukce
Pohon ventilu je k dispozici v různých provedeních. Vyznačují se následujícími vlastnostmi:

• počet a uspořádání ventilů;
• počet a umístění vačkových hřídelů;
• způsob přenosu pohybu na ventily;
• způsob nastavení ventilové vůle.

Vznětové motory BMW dnes mají výhradně čtyři ventily na válec a dva vačkové hřídele v hlavě hlavy pro každou řadu válců (dohc). Motory BMW M21 / M41 / M51 měly pouze dva ventily na válec a jeden vačkový hřídel pro každou řadu válců (ohc).
Přenos pohybu vaček vačkových hřídelů na ventily u dieselových motorů BMW se provádí pákami válečkových zdvihátek. Požadovanou vůli mezi vačkou vačkového hřídele a tzv. kladičkou vačky (například válečkovou pákou tlačníku) v tomto případě zajišťuje mechanická nebo hydraulická kompenzace vůle ventilů (HVA).
Následující obrázek ukazuje části ovladače ventilu motoru M57.

Kliková skříň

Bloková kliková skříň, nazývaná také blok válců, zahrnuje válce, chladicí plášť a klikovou skříň hnacího mechanismu. Nároky a výzvy kladené na klikovou skříň jsou vysoké kvůli složitosti dnešních „Highttech“ motorů. Zdokonalování klikové skříně však postupuje stejným tempem, zejména proto, že mnoho nových nebo vylepšených systémů spolupracuje s klikovou skříní.

Níže jsou uvedeny hlavní úkoly.

• Vnímání sil a momentů
• Umístění klikového mechanismu
• Umístění a připojení válců
• Umístění ložisek klikového hřídele
• Umístění kanálů chladicí kapaliny a mazacího systému
• Integrace ventilačního systému
• Upevnění různých pomocných a připojených zařízení
• Utěsnění dutiny klikové skříně

Tyto úkoly vyvolávají různé a překrývající se požadavky na pevnost v tahu a tlaku, ohyb a kroucení. Zejména:

• síly nárazu plynů, které jsou vnímány závitovými spoji hlavy válců a ložisek klikového hřídele;
• vnitřní setrvačné síly (ohybové síly) vyplývající ze setrvačných sil při rotaci a kmitání;
• vnitřní torzní síly (kroutící síly) mezi jednotlivými válci;
• točivý moment klikového hřídele a v důsledku toho reakční síly uložení motoru;
• volné síly a momenty setrvačnosti, jako výsledek setrvačných sil při vibracích, které jsou vnímány uložením motoru.

Design
Základní tvar blokové klikové skříně se od počátku motoristické historie příliš nezměnil. Změny v designu se dotkly detailů, například z kolika dílů je kliková skříň nebo jak jsou vyrobeny její jednotlivé díly. Designy lze klasifikovat v závislosti na provedení:

• horní deska;
• plocha lože hlavního ložiska;
• válce.

Horní deska
Horní deska může být vyrobena ve dvou různých provedeních: uzavřená a otevřená. Konstrukce ovlivňuje jak proces odlévání, tak tuhost klikové skříně.
V uzavřené verzi je horní deska klikové skříně zcela uzavřena kolem válce.
Jsou zde otvory a kanály pro přívod oleje pod tlakem, vypouštění oleje, chladicí kapaliny, odvětrávání klikové skříně a závitové spoje hlavy válců.
Otvory pro chladicí kapalinu spojují vodní plášť, který obklopuje válec, s vodním pláštěm v hlavě válců.
Tato konstrukce má nevýhody z hlediska chlazení válců v zóně TDC. Výhodou uzavřené verze oproti otevřené verzi je vyšší tuhost vrchní desky a tím menší deformace desky, menší posuv válců a lepší akustika.
V otevřeném provedení je vodní plášť obklopující válec nahoře otevřený. To zlepšuje chlazení válců v horní části. Menší tuhost je v současnosti kompenzována použitím kovového těsnění hlavy.

Obr.2 - Uzavřené provedení horní desky motoru M57TU2 Klikové skříně dieselových motorů BMW jsou vyrobeny ze šedé litiny. Počínaje motory M57TU2 a U67TU je kliková skříň vyrobena z vysoce pevné hliníkové slitiny.

Dieselové motory BMW používají konstrukci s uzavřenými deskami. Ložisko hlavního ložiska
Konstrukce oblasti hlavního ložiskového lože je zvláště důležitá, protože v tomto místě jsou vnímány síly působící na ložisko klikového hřídele.
Verze se liší v rovině oddělení klikové skříně a olejové vany a v provedení vík hlavních ložisek.
Verze dělicí roviny:

• příruba olejové vany ve středu klikového hřídele;
• příruba olejové vany pod středem klikového hřídele.

Hlavní konstrukce víka ložiska:
• jednotlivé víka hlavních ložisek;
• integrace do jedné rámové struktury.

Hlavní nosné lože
Ložiskové lože je horní část podpěry klikového hřídele v klikové skříni. Ložiska jsou vždy integrována do odlitku klikové skříně.
Počet ložisek závisí na konstrukci motoru, především na počtu válců a jejich umístění. Dnes se z důvodů snížení vibrací používá maximální počet hlavních ložisek klikového hřídele. Maximální počet znamená, že vedle každého kolena klikového hřídele je hlavní ložisko.
Když motor běží, plyn v dutině klikové skříně je neustále v pohybu. Pohyby pístů působí na plyn jako čerpadla. Aby se snížily ztráty při této práci, mnoho motorů má dnes otvory v ložiskových lůžkách. To usnadňuje vyrovnávání tlaku v celé klikové skříni.

Dělená rovina klikové skříně

Oddělovací rovina klikové skříně a olejové vany tvoří přírubu olejové vany. Existují dva návrhy. V prvním případě leží dělicí rovina ve středu klikového hřídele. Protože je tato konstrukce ekonomická na výrobu, ale má značné nevýhody z hlediska tuhosti a akustiky, nepoužívá se u dieselových motorů BMW.
S druhým designem (V) příruba olejové vany je umístěna pod středem klikového hřídele. Zároveň se rozlišuje kliková skříň se sníženými stěnami a kliková skříň
s horním a spodním dílem se tomu říká konstrukce spodní desky (S). Dieselové motory BMW mají klikovou skříň se sníženými stěnami.

Motor M67 také používá konstrukci snížené stěny. To zajišťuje vysokou dynamickou tuhost a dobrou akustiku. Ocelový most snižuje namáhání šroubů víka ložiska a dále zpevňuje oblast hlavního ložiska.

Obr.6 - Koncepce nosného nosníku

Koncept podpůrného paprsku
Pro dosažení vysoké dynamické tuhosti jsou klikové skříně dieselových motorů BMW konstruovány na principu nosného nosníku. U této konstrukce jsou ve stěnách klikové skříně zality horizontální a vertikální prvky skříňového průřezu. Kliková skříň má navíc snížené stěny, které zasahují až 60 mm pod střed klikového hřídele a končí rovinou pro montáž olejové vany.

víko hlavního ložiska
Hlavní víka ložisek jsou spodní stranou ložisek klikového hřídele. Při výrobě klikové skříně jsou lůžka a víka hlavních ložisek opracovány dohromady. Proto je nutná jejich pevná poloha vůči sobě. To se obvykle provádí pomocí středicích objímek nebo povrchů vyrobených na bocích v lůžkách. Pokud jsou kliková skříň a víka hlavního ložiska vyrobeny ze stejného materiálu, lze víka vyrobit dělenou metodou.
Při oddělování víka hlavního ložiska metodou lámání vzniká přesná lámací plocha. Tato povrchová struktura při instalaci na postel přesně vystředí víko hlavního ložiska. Dodatečná povrchová úprava není nutná.

Další možností přesného polohování je děrování ploch lůžka a víka hlavního ložiska.
Tato fixace zajišťuje po opětovné montáži absolutně hladký přechod mezi lůžkem a uzávěrem v hlavním nosném otvoru.

Obr. 8 - Lisování povrchu víka hlavního ložiska motoru M67TU
1 víko hlavního ložiska
2 Děrování povrchu víka hlavního ložiska
3 Přiléhající tvar povrchu lože hlavního ložiska
4 Hlavní nosné lože

Když je povrch vyražen, víko hlavního ložiska dostává určitý profil. Při prvním dotažení šroubů víka hlavního ložiska se tento profil otiskne na povrch lůžka a zajistí, že nedochází k žádnému pohybu v příčném a podélném směru.
Hlavní víka ložisek jsou téměř vždy vyrobena z šedé litiny. Obecné obrábění s hliníkovou klikovou skříní, byť náročné, je dnes běžné pro velkosériovou výrobu. Kombinace hliníkové klikové skříně s víky hlavních ložisek z šedé litiny nabízí určité výhody. Nízký koeficient tepelné roztažnosti šedé litiny omezuje provozní vůle klikového hřídele. Spolu s vysokou tuhostí šedé litiny to vede ke snížení hluku v oblasti hlavního ložiska.

Válec a píst tvoří spalovací komoru. Píst je vložen do vložky válce. Hladký opracovaný povrch vložky válce spolu s pístními kroužky zajišťuje účinné těsnění. Kromě toho válec předává teplo do klikové skříně nebo přímo do chladicí kapaliny. Konstrukce válců se liší použitým materiálem:

• monometalická konstrukce (vložka válce a kliková skříň jsou vyrobeny ze stejného materiálu);
• technologie vkládání (vložka válce a kliková skříň jsou vyrobeny z různých materiálů fyzicky spojených);
• spojovací technika (vložka válce a kliková skříň jsou vyrobeny z různých materiálů, spojený kov).

Monometalická konstrukce
U monokovového provedení je válec vyroben ze stejného materiálu jako kliková skříň. V první řadě jsou kliková skříň ze šedé litiny a kliková skříň AISi vyráběny na principu monometalické konstrukce. Opakovaným zpracováním se dosahuje požadované kvality povrchu. Vznětové motory BMW mají klikové skříně pouze v monokovové konstrukci ze šedé litiny, protože maximální zapalovací tlak je až 180 barů.

Technologie vkládání
Materiál klikové skříně ne vždy odpovídá požadavkům na válec. Proto je často válec vyroben z jiného materiálu, obvykle v kombinaci s hliníkovou klikovou skříní. Vložky válců se rozlišují:

1. podle způsobu spojení klikové skříně s objímkou

• integrované do odlitku
• lisované
• zvlněné
• zapojit.

2. podle principu činnosti v klikové skříni

• mokré a
• schnout

3. podle materiálu

• šedá litina popř
• hliník

Mokré vložky válců jsou v přímém kontaktu s vodním pláštěm, tj. vložky válců a litá kliková skříň tvoří vodní plášť. Vodní plášť se suchými vložkami válců je kompletně v lité klikové skříni - podobně jako u monometalického provedení. Vložka válce nemá přímý kontakt s vodním pláštěm.

Obr.9 - Suché a mokré vložky válců
A Válec se suchým rukávem
V Válec s mokrou vložkou
1 Kliková skříň
2 Vložka válce
3 Vodní bunda

Mokré vložky válců mají výhodu z hlediska přenosu tepla, zatímco suché vložky mají výhodu ve výrobní a zpracovatelské schopnosti. S velkým množstvím se zpravidla snižují výrobní náklady vložek válců. Vložky z šedé litiny pro motory M57TU2 a M67TU jsou tepelně zpracované.

Technologie připojení
Další možností výroby válcového zrcadla, s hliníkovou klikovou skříní, je spojovací technika. I v tomto případě se vložky válců vkládají při lití. To se samozřejmě provádí speciálním procesem (například pod vysokým tlakem), tzv. intermetalickým lepením na klikovou skříň. Zrcátko válce a kliková skříň jsou tedy neoddělitelné. Tato technologie omezuje použití licích procesů a tím i konstrukci klikové skříně. Dieselové motory BMW tuto technologii v současnosti nevyužívají.

Obrábění zrcadel válců
Vrtání válce je kluzná a těsnící plocha pro píst a pístní kroužky. Kvalita povrchu zrcadla válce je rozhodující pro tvorbu a distribuci olejového filmu mezi kontaktními částmi. Proto je drsnost stěny válce z velké části zodpovědná za spotřebu oleje a opotřebení motoru. Konečné zpracování zrcadla válce se provádí honováním. Honování - leštění povrchu pomocí kombinovaných rotačních a vratných pohybů řezného nástroje. Tímto způsobem je dosaženo extrémně malé odchylky ve tvaru válce a rovnoměrně nízké drsnosti povrchu. Opracování musí být šetrné k materiálu, aby nedocházelo k vylamování, nerovnoměrným přechodům a otřepům.

materiálů

Už nyní je kliková skříň jednou z nejtěžších částí celého vozu. A pro jízdní dynamiku zaujímá nejkritičtější místo: místo nad přední nápravou. Proto právě zde dochází k pokusům plně využít potenciál pro redukci masy. Šedá litina, která se po desetiletí používala jako materiál klikové skříně, je v dieselových motorech BMW stále častěji nahrazována hliníkovými slitinami. To umožňuje dosáhnout výrazného snížení hmotnosti. V motoru M57TU je to 22 kg.
Výhoda hmotnosti však není jediným rozdílem, který vzniká při zpracování a použití jiného materiálu. Mění se také akustika, antikorozní vlastnosti, požadavky na zpracování výroby a objemy služeb.

Šedá litina
Litina je slitina železa s více než 2 % uhlíku a více než 1,5 % křemíku. Šedá litina obsahuje přebytečný uhlík ve formě grafitu.
Pro klikové skříně dieselových motorů BMW se používala a používá litina s lamelárním grafitem, která dostala svůj název podle umístění grafitu v ní. Dalšími složkami slitiny jsou mangan, síra a fosfor ve velmi malých množstvích.
Litina byla od počátku navrhována jako materiál pro blokové klikové skříně sériových motorů, protože tento materiál není drahý, jednoduše se zpracovává a má potřebné vlastnosti. Lehké slitiny tyto požadavky dlouho nemohly splnit. BMW používá pro své motory litinu s lamelárním grafitem pro její zvláště příznivé vlastnosti.
A to:

• dobrá tepelná vodivost;
• dobré pevnostní vlastnosti;
• jednoduché obrábění;
• dobré odlévací vlastnosti;
• velmi dobré tlumení.

Vynikající tlumení je jedním z charakteristických znaků litiny s vločkovým grafitem. Znamená schopnost vnímat vibrace a tlumit je vlivem vnitřního tření. Díky tomu se výrazně zlepšily vibrační a akustické charakteristiky motoru.
Dobré vlastnosti, pevnost a snadné zpracování činí klikovou skříň z šedé litiny dnes konkurenceschopnou. Z důvodu vysoké pevnosti se benzinové motory M a dieselové motory dodnes vyrábějí s klikovou skříní ze šedé litiny. Zvyšující se požadavky na hmotnost motoru u osobního automobilu v budoucnu budou schopny splnit pouze lehké slitiny.

Slitiny hliníku
Klikové skříně z hliníkové slitiny jsou pro vznětové motory BMW stále relativně nové. Prvními zástupci nové generace jsou motory M57TU2 a M67TU.
Hustota hliníkových slitin je oproti šedé litině zhruba třetinová. To však neznamená, že výhoda v hmotnosti má stejný poměr, protože kvůli nižší pevnosti musí být taková bloková kliková skříň vyrobena masivnější.

Další vlastnosti hliníkových slitin:

• dobrá tepelná vodivost;
• dobrá chemická odolnost;
• dobré pevnostní vlastnosti;
• jednoduché obrábění.

Čistý hliník není vhodný pro odlévání klikové skříně, protože nemá dostatečně dobré pevnostní vlastnosti. Na rozdíl od šedé litiny se zde hlavní legující složky přidávají v poměrně velkém množství.

Slitiny se dělí do čtyř skupin v závislosti na převládající legovací přísadě.
Tyto přísady:

• křemík (Si);
• měď (Ci);
• hořčík (Md);
• zinek (Zn).

Slitiny AlSi se používají výhradně pro hliníkové klikové skříně dieselových motorů BMW. Zlepšují se malými přídavky mědi nebo hořčíku.
Křemík má pozitivní vliv na pevnost slitiny. Pokud je složka více než 12 %, pak lze speciálním zpracováním získat velmi vysokou tvrdost povrchu, i když řezání bude komplikované. V oblasti 12 % dochází k vynikajícím odlévacím vlastnostem.
Přídavek mědi (2-4 %) může zlepšit odlévací vlastnosti slitiny, pokud je obsah křemíku nižší než 12 %.
Malý přídavek hořčíku (0,2-0,5 %) výrazně zvyšuje hodnoty pevnosti.
Oba dieselové motory BMW používají hliníkovou slitinu AISi7MgCuO.5. Materiál už BMW použilo na hlavy válců vznětových motorů.
Jak je patrné z označení AISL7MgCuO.5, tato slitina obsahuje 7 % křemíku a 0,5 % mědi.
Má vysokou dynamickou pevnost. Dalšími pozitivními vlastnostmi jsou dobré odlévací vlastnosti a tažnost. Je pravda, že to neumožňuje dosáhnout dostatečně odolného povrchu proti opotřebení, který je nezbytný pro zrcadlo válce. Proto musí být klikové skříně vyrobené z AISI7MgCuO,5 vyrobeny s vložkami válců (viz kapitola "Válce").

Tabulkový přehled

obecná informace
Sestavená hlava válců určuje výkonnostní charakteristiky, jako je výkon, točivý moment a emise, spotřebu paliva a akustiku jako žádná jiná funkční skupina motoru. Téměř celý mechanismus distribuce plynu je umístěn v hlavě válců.
Úkoly, které musí hlava válců vyřešit, jsou tedy také rozsáhlé:

• vnímání sil;
• umístění pohonu ventilu;
• umístění kanálů pro změnu náboje;
• umístění žhavicích svíček;
• umístění trysek;
• umístění kanálů chladicí kapaliny a mazacích systémů;
• omezení válce shora;
• odvod tepla do chladicí kapaliny;
• upevnění pomocných a připojených zařízení a senzorů.

Z úkolů vyplývají následující zatížení:
• síly účinků plynů, které jsou vnímány závitovými spoji hlavy válců;
• točivý moment vačkových hřídelů;
• síly vznikající v ložiskách vačkového hřídele.

Vstřikovací procesy
U dieselových motorů se v závislosti na konstrukci a uspořádání spalovací komory rozlišuje přímé a nepřímé vstřikování. Navíc v případě nepřímého vstřikování se zase rozlišuje vírová komora a tvorba původní směsi.

Předkomorové míchání

Předkomora je umístěna uprostřed vzhledem k hlavní spalovací komoře. Do této předkomory je vstřikováno předspalovací palivo. K hlavnímu spalování dochází se známým zpožděním samovznícení v hlavní komoře. Předkomora je spojena s hlavní komorou několika otvory.
Palivo je vstřikováno pomocí vstřikovače zajišťujícího stupňovité vstřikování paliva pod tlakem asi 300 barů. Reflexní plocha ve středu komory rozbíjí proud paliva a mísí se se vzduchem. Reflexní plocha tak přispívá k rychlé tvorbě směsi a zefektivnění pohybu vzduchu.

Nevýhodou této technologie je velká předkomorová chladicí plocha. Stlačený vzduch se ochlazuje poměrně rychle. Proto se takové motory spouštějí bez pomoci žhavicích svíček zpravidla pouze při teplotě chladicí kapaliny nejméně 50 ° C.
Díky dvoustupňovému spalování (nejprve v předkomoře a poté v hlavní komoře) dochází ke spalování šetrně a téměř úplně při relativně hladkém chodu motoru. Takový motor poskytuje snížené emise škodlivých látek, ale zároveň vyvíjí menší výkon ve srovnání s motorem s přímým vstřikováním.

Míchání ve vířivé komoře
Vířivá komorová injekce, stejně jako ta předková, je variantou nepřímé injekce.
Vířivá komora je navržena ve tvaru koule a je umístěna samostatně na okraji hlavní spalovací komory. Hlavní spalovací komora a vírová komora jsou spojeny přímým tangenciálním kanálem. Tangenciálně směřovaný přímý kanál při stlačení vytváří silnou turbulenci vzduchu. Motorová nafta je dodávána tryskou, která zajišťuje stupňovité vstřikování. Otevírací tlak trysky, která zajišťuje stupňovité vstřikování paliva, je 100-150 bar. Při vstřikování jemně rozprášeného oblaku paliva se směs částečně zapálí a svůj plný výkon vyvine v hlavní spalovací komoře. Konstrukce vířivé komory, stejně jako umístění trysky a žhavicí svíčky jsou faktory, které určují kvalitu spalování.
To znamená, že spalování začíná v kulové vírové komoře a končí v hlavní spalovací komoře. Žhavicí svíčky jsou nutné pro nastartování motoru, neboť mezi spalovacím prostorem a vířivou komorou je velká plocha, která přispívá k rychlému ochlazení nasávaného vzduchu.
První sériově vyráběný vznětový motor BMW M21D24 funguje na principu míchání ve vířivé komoře.

přímé vstřikování
Tato technologie eliminuje oddělení spalovací komory. To znamená, že při přímém vstřikování nedochází k přípravě pracovní směsi v sousední komoře. Palivo je vstřikováno tryskou přímo do spalovacího prostoru nad pístem.
Na rozdíl od nepřímého vstřikování se používají víceproudové trysky. Jejich trysky musí být optimalizovány a přizpůsobeny konstrukci spalovací komory. Díky vysokému tlaku vstřikovaných trysek dochází k okamžitému spalování, které u dřívějších modelů vedlo k hlasitému chodu motoru. Při takovém spalování se však uvolňuje více energie, kterou lze následně efektivněji využít. Tím se snižuje spotřeba paliva. Přímé vstřikování vyžaduje vyšší vstřikovací tlak a tím i složitější systém vstřikování.
Při teplotách pod 0 °C zpravidla není předehřívání zapotřebí, protože tepelné ztráty stěnami v důsledku jediné spalovací komory jsou znatelně menší než u motorů se sousedními spalovacími komorami.

Design
Konstrukce hlav válců se v procesu zdokonalování motorů hodně změnila. Tvar hlavy válců je velmi závislý na součástech, které obsahuje.

V zásadě ovlivňují tvar hlavy válců následující faktory:

• počet a uspořádání ventilů;
• počet a uspořádání vačkových hřídelů;
• poloha žhavicích svíček;
• poloha trysky;
• tvar kanálků pro změnu náboje.

Dalším požadavkem na hlavu válců je, aby byla co nejkompaktnější.
Tvar hlavy válců je dán především koncepcí pohonu ventilů. Pro zajištění vysokého výkonu motoru, nízkých emisí a nízké spotřeby paliva je nutné pokud možno efektivní a flexibilní výměnu náplně a vysoký stupeň plnění válců. V minulosti bylo pro optimalizaci těchto vlastností provedeno následující:

• horní uspořádání ventilů;
• vačkový hřídel nad hlavou;
• 4 ventily na válec.

Speciální tvar vstupních a výstupních portů také zlepšuje výměnu náboje. Hlavy válců se v zásadě rozlišují podle následujících kritérií:

• počet dílů;
• počet ventilů;
• koncept chlazení.

Na tomto místě je třeba ještě jednou zmínit, že jako samostatný díl je zde uvažována pouze hlava válců. Díky své složitosti a silné závislosti na pojmenovaných částech je často popisován jako jedna funkční skupina. Další témata naleznete v příslušných kapitolách.

Počet dílů
Hlava válců se nazývá jednodílná, když se skládá pouze z jednoho jediného velkého odlitku. Malé části, jako jsou víka ložisek vačkového hřídele, zde nejsou zahrnuty. Vícedílné hlavy válců jsou sestaveny z několika jednotlivých dílů. Běžným příkladem toho jsou hlavy válců s našroubovanými držáky vačkového hřídele. V dieselových motorech BMW se však v současnosti používají pouze jednodílné hlavy válců.

Obr.15 - Porovnání hlavic se dvěma a čtyřmi ventily
A Hlava válců se dvěma ventily
V Hlava válců se čtyřmi ventily
1- Kryt spalovací komory
2- ventily
3- Přímý kanál (směšování vortexové komory se dvěma ventily)
4- Poloha žhavicí svíčky (4 ventily)
5- Poloha vstřikovače (přímé vstřikování se čtyřmi ventily)

Počet ventilů
Rané čtyřdobé dieselové motory měly dva ventily na válec. Jeden výfukový a jeden sací ventil. Díky instalaci výfukového turbodmychadla bylo dosaženo dobrého plnění válců i se 2 ventily. Ale již několik let mají všechny vznětové motory čtyři ventily na válec. Ve srovnání se dvěma ventily to má za následek větší celkovou plochu ventilu a tím lepší průtokovou plochu. Čtyři ventily na válec také umožňují centrální umístění trysky. Tato kombinace je nezbytná pro zajištění vysokého výkonu s nízkými emisemi výfukových plynů.
Obr. 16 - Vírový kanál a plnicí kanál motoru M57
1- výstupní kanál
2- výfukové ventily
3- vírový kanál
4- Tryska
5- sacích ventilů
6- Plnicí kanál
7- vířivý ventil
8- žhavící svíčka

Ve vířivém kanálu se přiváděný vzduch otáčí pro dobrou tvorbu směsi při nízkých otáčkách motoru.
Tangenciálním kanálem může vzduch volně proudit v přímé linii do spalovací komory. To zlepšuje plnění válců, zejména při vysokých rychlostech. Někdy je instalován vířivý ventil pro řízení plnění válců. Při nízkých rychlostech uzavírá tangenciální kanál (silné víření) a plynule otevírá při vyšších rychlostech (dobré plnění).
Hlava válců u moderních vznětových motorů BMW obsahuje vířivý a plnicí kanál, stejně jako centrálně umístěnou trysku.

• Kombinace obou typů

Při chlazení s příčným průtokem proudí chladivo z horké strany výstupu na studenou stranu vstupu. To má tu výhodu, že dochází k rovnoměrnému rozložení tepla po celé hlavě válců. Naproti tomu u podélného průtokového chlazení proudí chladicí kapalina podél osy hlavy válců, tedy z přední strany na stranu vývodového hřídele nebo naopak. Chladicí kapalina se při pohybu z válce na válec stále více zahřívá, což znamená velmi nerovnoměrné rozložení tepla. Navíc to znamená pokles tlaku v chladicím okruhu.
Kombinací obou typů nelze odstranit nevýhody podélného průtokového chlazení. Dieselové motory BMW proto využívají výhradně chlazení s příčným prouděním.

• utěsňuje hlavu válců shora;
• snižuje hlučnost motoru;
• odstraňuje plyny z klikové skříně;
• umístění systému separace oleje

• umístění ventilu ventilace tlaku klikové skříně;
• umístění senzorů;
• umístění vývodů potrubí.

Těsnění hlavy válců
Těsnění hlavy válců (ZKD) v každém spalovacím motoru, ať už je to benzínový nebo naftový, je velmi důležitou součástí. Je vystaven extrémnímu tepelnému a mechanickému namáhání.

Funkce ZKD zahrnují izolaci čtyř látek od sebe navzájem:

• spalování paliva ve spalovací komoře
• atmosférický vzduch
• olej v olejových kanálech
• chladicí kapalina

Těsnící těsnění se dělí hlavně na měkká a kovová.

Měkká těsnění
Tento typ těsnění jsou vyrobeny z měkkých materiálů, ale mají kovový rám nebo nosnou desku. Na této desce jsou na obou stranách drženy měkké podložky. Měkké rukojeti jsou často opatřeny plastovým povlakem. Tato konstrukce umožňuje odolat namáhání, kterému jsou běžně vystavena těsnění hlavy válců. Otvory v ZKD vedoucí do spalovací komory mají z důvodu zatížení kovové lemování. Elastomerové povlaky se často používají ke stabilizaci chladicích a olejových kanálů.

Kovové těsnění
Kovová těsnění se používají v motorech pracujících při velkém zatížení. Taková těsnění zahrnují několik ocelových desek. Hlavním rysem kovových těsnění je, že těsnění se provádí hlavně díky vlnitým deskám a zarážkám umístěným mezi deskami z pružinové oceli. Deformační vlastnosti ZKD umožňují za prvé optimálně ležet v oblasti hlavy válců a za druhé deformaci do značné míry kompenzovat elastickým zotavením. K tomuto elastickému zotavení dochází v důsledku tepelného a mechanického zatížení.

Tloušťka potřebné ZKD je dána přesahem koruny pístu vůči válci. Rozhodující je nejvyšší hodnota naměřená na všech válcích. K dispozici jsou tři tloušťky těsnění hlavy válců.
Rozdíl v tloušťce podložky je určen tloušťkou mezilehlé podložky. Podrobnosti o projekci koruny pístu viz TIS.

olejová vana

Olejová vana slouží jako zásobník pro motorový olej. Vyrábí se tlakovým litím hliníku nebo dvojitým ocelovým plechem.

Obecné poznámky
Olejová vana uzavírá klikovou skříň motoru zespodu. U dieselových motorů BMW je příruba olejové vany vždy pod středem klikového hřídele. Olejová vana plní následující úkoly:

• slouží jako zásobník motorového oleje a
• shromažďuje vytékající motorový olej;
• zavře klikovou skříň zespodu;
• je prvkem posílení motoru a někdy i převodovky;
• slouží jako místo pro instalaci senzorů a
• vodicí trubka pro měrku oleje;
• zde je vypouštěcí šroub oleje;
• snižuje hluk motoru.

Jako těsnění je instalováno ocelové těsnění. Těsnění zátky, která byla instalována v minulosti, se smrštila, což může vést k uvolnění závitů.
Aby byla zajištěna funkce ocelového těsnění, nesmí se při jeho instalaci dostat olej na pryžové povrchy. Za určitých okolností může těsnění sklouznout z těsnící plochy. Proto je nutné povrchy přírub očistit bezprostředně před montáží. Dále je třeba zajistit, aby z motoru nekapal olej a nedostal se na povrchy přírub a těsnění.

větrání klikové skříně

Během provozu se v dutině klikové skříně tvoří parterní plyny, které je nutné odstranit, aby se zabránilo prosakování oleje v místech utěsněných ploch působením přetlaku. Připojení k potrubí čistého vzduchu, které má nižší tlak, přeruší ventilaci. U moderních motorů je ventilační systém řízen tlakovým regulačním ventilem. Odlučovač oleje čistí plyny z klikové skříně od oleje a ten se vrací výstupním potrubím do olejové vany.

Obecné poznámky
Když motor běží, plyny z klikové skříně vstupují do klikové skříně z válce kvůli rozdílu tlaků.
Vyfukované plyny obsahují nespálené palivo a všechny složky výfukových plynů. V dutině klikové skříně se mísí s motorovým olejem, který je tam přítomen jako olejová mlha.
Množství plynů z klikové skříně závisí na zatížení. V dutině klikové skříně vzniká přetlak, který závisí na pohybu pístu a na otáčkách klikového hřídele. Tento přetlak se vytváří ve všech dutinách spojených s dutinou klikové skříně (např. vypouštěcí potrubí oleje, skříň rozvodu atd.) a může vést k úniku oleje na těsnění.
Aby se tomu zabránilo, byl vyvinut systém ventilace klikové skříně. Nejprve byly plyny z klikové skříně smíchané s motorovým olejem jednoduše vyhozeny do atmosféry. Z ekologických důvodů se systémy odvětrávání klikové skříně používají již dlouhou dobu.
Systém ventilace klikové skříně odvádí plyny z klikové skříně oddělené od motorového oleje do sacího potrubí a kapky motorového oleje přes vypouštěcí potrubí oleje do olejové vany. Systém odvětrávání klikové skříně navíc zajišťuje, že v klikové skříni nevzniká žádný přetlak.

Neregulované větrání klikové skříně
V případě neregulovaného odvětrávání klikové skříně jsou plyny z klikové skříně smíchané s olejem odvětrávány podtlakem při nejvyšších otáčkách motoru. Tento podtlak vzniká při připojení ke vstupu. Odtud směs vstupuje do odlučovače oleje. Dochází k oddělení plynů z klikové skříně a motorového oleje.
U dieselových motorů BMW s nenastavitelným větráním klikové skříně se oddělení provádí pomocí drátěného pletiva. „Vyčištěné“ plyny z klikové skříně jsou odváděny do sacího potrubí motoru, zatímco motorový olej se vrací do olejové vany (olejová těsnění klikového hřídele, těsnění příruby olejové vany atd.) Do motoru se dostává nefiltrovaný vzduch, což má za následek stárnutí oleje a tvorbu kalů. .

Nastavitelná ventilace klikové skříně
Motor M51TU byl prvním dieselovým motorem BMW s variabilním systémem ventilace klikové skříně.
Vznětové motory BMW s variabilním odvětráváním klikové skříně pro odlučování oleje mohou být vybaveny cyklonovým, labyrintovým nebo síťovým odlučovačem oleje.
V případě řízeného odvětrávání klikové skříně je dutina klikové skříně připojena k potrubí čistého vzduchu za vzduchovým filtrem přes následující komponenty:

• ventilační potrubí;
• uklidňující komora;
• plynový kanál klikové skříně;
• odlučovač oleje;
• tlakový regulační ventil.

23 - odlučovač oleje motoru M47 Obr
1- Surové plyny z klikové skříně
2- Cyklonový odlučovač oleje
3- Síťový odlučovač oleje
4- Tlakový regulační ventil
5- Vzduchový filtr
6- Kanál pro čištění vzduchového potrubí
7- Hadice k čištění vzduchového potrubí
8- Vyčistěte vzduchové potrubí

V potrubí čistého vzduchu je podtlak vlivem činnosti turbodmychadla výfukových plynů.
Pod vlivem tlakového rozdílu vzhledem ke klikové skříni se plyny z klikové skříně dostávají do hlavy válců a nejprve se tam dostávají do uklidňovací komory.
Tlumicí komora slouží k tomu, aby se rozstřikovaný olej například přes vačkové hřídele dostal do systému ventilace klikové skříně. Pokud se separace oleje provádí pomocí labyrintu, je úkolem uklidňovací komory eliminovat kolísání plynů z klikové skříně. Tím se zabrání buzení membrány v tlakovém regulačním ventilu. U motorů s cyklónovým odlučovačem oleje jsou tyto výkyvy celkem přijatelné, protože to zvyšuje účinnost odlučování oleje. Plyn se poté usadí v cyklonovém odlučovači oleje. Proto zde má uklidňovací komora jinou konstrukci než v případě labyrintové separace oleje.
Plyny z klikové skříně vstupují do odlučovače oleje přívodním potrubím, kde se odděluje motorový olej. Oddělený motorový olej proudí zpět do olejové vany. Vyčištěné plyny z klikové skříně jsou kontinuálně přiváděny přes tlakový regulační ventil do potrubí čistého vzduchu před výfukovým turbodmychadlem Moderní dieselové motory BMW jsou vybaveny 2složkovými odlučovači oleje. Nejprve se provede předběžná separace oleje pomocí cyklónového odlučovače oleje a poté se provede konečná separace oleje v dalším mřížkovém odlučovači oleje. Téměř všechny moderní dieselové motory BMW mají oba odlučovače oleje ve stejném krytu. Výjimkou je motor M67. Zde je odlučování oleje prováděno také cyklónovými a mřížkovými odlučovači oleje, nejsou však spojeny do jednoho celku. Předběžné odlučování oleje probíhá v hlavě válců (hliník) a konečné odlučování oleje pomocí síťového odlučovače oleje probíhá v samostatném plastovém pouzdře.

Proces přizpůsobení
Když motor neběží, tlakový regulační ventil je otevřený (stav A). Okolní tlak působí na obě strany membrány, to znamená, že membrána je plně otevřena působením pružiny.
Po nastartování motoru se v sacím potrubí vytvoří podtlak a ventil regulace tlaku se uzavře (stav V). Tento stav je vždy udržován při volnoběhu nebo při doběhu, protože v tomto případě nejsou žádné plyny z klikové skříně. Vnitřní strana membrány je tak vystavena velkému relativnímu vakuu (vzhledem k okolnímu tlaku). V tomto případě okolní tlak, který působí na vnější stranu membrány, uzavře ventil proti síle pružiny. Při zatížení a otáčení klikového hřídele se objevují plyny z klikové skříně. plyny z klikové skříně ( 8 ) snížit relativní vakuum, které působí na membránu. V důsledku toho může pružina otevřít ventil a plyny z klikové skříně unikají. Ventil zůstává otevřený, dokud se neustaví rovnováha mezi okolním tlakem a podtlakem v klikové skříni plus silou pružiny (stav S). Čím více plynů z klikové skříně se uvolní, tím menší bude relativní vakuum působící na vnitřek membrány a tím více se otevře tlakový regulační ventil. Tím je v klikové skříni udržován určitý podtlak (cca 15 mbar).

Separace oleje

K uvolňování plynů z klikové skříně z motorového oleje se používají různé odlučovače oleje v závislosti na typu motoru.

• Cyklonový odlučovač oleje
• Labyrintový odlučovač oleje
• Síťový odlučovač oleje

Když cyklonový odlučovač oleje plyny z klikové skříně jsou směrovány do válcové komory tak, že se tam otáčejí. Vlivem odstředivé síly je těžký olej vytlačován z plynu směrem ven ke stěnám válce. Odtud může odtékat přes vypouštěcí trubku oleje do olejové vany. Cyklonový odlučovač oleje je velmi účinný. Vyžaduje to ale hodně místa.
V labyrintový odlučovač oleje plyny z klikové skříně procházejí labyrintem plastových přepážek. Takový odlučovač oleje je umístěn ve skříni v krytu hlavy válců. Olej zůstává na přepážkách a může speciálními otvory odtékat do hlavy válců a odtud zpět do olejové vany.
Síťový odlučovač oleje dokáže filtrovat i ty nejmenší kapičky. Jádro síťového filtru je vláknitý materiál. Tenká netkaná vlákna s vysokým obsahem sazí jsou však náchylná k rychlému zanášení pórů. Proto má síto odlučovače oleje omezenou životnost a musí být vyměněno v rámci údržby.

Klikový hřídel s ložisky

Klikový hřídel převádí lineární pohyb pístu na rotační pohyb. Zatížení, která působí na klikový hřídel, jsou velmi velká a extrémně složitá. Klikové hřídele jsou odlévány nebo kovány pro provoz při zvýšeném zatížení. Klikové hřídele jsou uloženy s kluznými ložisky, do kterých je přiváděn olej. přičemž jedno ložisko je vedeno v axiálním směru.

obecná informace
Klikový hřídel převádí lineární (vratný) pohyb pístů na rotační pohyb. Síly jsou přenášeny přes ojnice na klikový hřídel a převáděny na točivý moment. V tomto případě se klikový hřídel opírá o hlavní ložiska.

Kromě toho klikový hřídel přebírá následující úkoly:

• pohon pomocných a připojených zařízení pomocí řemenů;
• pohon ventilů;
• často pohon olejového čerpadla;
• v některých případech pohon vyvažovacích hřídelů.

Působením sil měnících se v čase a směru, krouticích a ohybových momentů a také vybuzených vibrací vzniká zatížení. Taková složitá zatížení kladou velmi vysoké nároky na klikový hřídel.
Životnost klikového hřídele závisí na následujících faktorech:

• pevnost v ohybu (slabými místy jsou přechody mezi sedlem ložisek a čely hřídele);
• pevnost v krutu (většinou ji snižují mazací otvory);
• odolnost vůči torzním vibracím (to ovlivňuje nejen tuhost, ale také hlučnost);
• odolnost proti opotřebení (na podpěrách);
• opotřebení olejových těsnění (úbytek motorového oleje v důsledku netěsností).

Design
Klikový hřídel se skládá z jednoho kusu, litého nebo kovaného, ​​který je rozdělen do velkého počtu různých sekcí. Hlavní ložiskové čepy zapadají do ložisek v klikové skříni.
Prostřednictvím takzvaných lícnic (nebo někdy náušnic) jsou ojniční čepy spojeny s klikovou hřídelí. Tato část se spojovacím krkem a tvářemi se nazývá koleno. Dieselové motory BMW mají vedle každého klikového čepu hlavní ložisko klikového hřídele. U řadových motorů je jedna ojnice spojena s každým klikovým čepem prostřednictvím ložiska a dvě u motorů ve tvaru V. To znamená, že klikový hřídel 6válcového řadového motoru má sedm hlavních ložiskových čepů. Hlavní ložiska jsou číslována postupně zepředu dozadu.
Vzdálenost mezi čepem ojnice a osou klikového hřídele určuje zdvih pístu. Úhel mezi čepy ojnice určuje interval mezi zážehy v jednotlivých válcích. Pro dvě úplné otáčky klikového hřídele nebo 720 ° v každém válci dojde k jednomu zážehu.
Tento úhel, který se nazývá vzdálenost mezi klikovými čepy nebo úhel mezi koleny, se vypočítá v závislosti na počtu válců, konstrukci (ve tvaru V nebo řadový motor) a pořadí činnosti válců. Zde je cílem zajistit hladký a rovnoměrný chod motoru. Například v případě 6válcového motoru dostaneme následující výpočet. Úhel 720° dělený 6 válci má za následek rozteč klikových čepů nebo interval střelby 120° klikové hřídele.
V klikovém hřídeli jsou otvory pro olej. Zásobují ojniční ložiska olejem. Probíhají od čepů hlavních ložisek k čepům ojnice a jsou přes ložiska spojeny s okruhem motorového oleje.
Protizávaží tvoří hmotu souměrnou kolem osy klikového hřídele a přispívají tak k rovnoměrnému chodu motoru. Jsou vyrobeny tak, že spolu se setrvačnými silami rotace kompenzují i ​​část setrvačných sil vratného pohybu.
Bez protizávaží by došlo k silné deformaci klikového hřídele, což by vedlo k nevyváženosti a nerovnoměrnému chodu a také k vysokému namáhání v nebezpečných úsecích klikového hřídele.
Počet protizávaží je různý. Historicky měla většina klikových hřídelí dvě protizávaží, symetricky vlevo a vpravo od klikového čepu. Osmiválce ve tvaru V, jako je M67, mají šest stejných protizávaží.
Pro snížení hmotnosti mohou být klikové hřídele v oblasti středních hlavních ložisek duté. U kovaných klikových hřídelí je toho dosaženo vrtáním.

Výroba a vlastnosti
Klikové hřídele jsou buď lité nebo kované. Motory s vysokým točivým momentem jsou vybaveny kovanými klikovými hřídeli.

Výhody litých klikových hřídelí oproti kovaným:

• lité klikové hřídele jsou výrazně levnější;
• odlévací materiály se velmi dobře hodí k povrchové úpravě pro zvýšení pevnosti při vibracích;
• lité klikové hřídele ve stejném provedení mají hmotnost menší než cca. na 10 %;
• lité klikové hřídele jsou lépe opracované;
• lícnice klikového hřídele obvykle nelze zpracovat.

Výhody kovaných klikových hřídelí oproti litým:

• kované klikové hřídele jsou tužší a mají lepší odolnost proti vibracím;
• v kombinaci s hliníkovou klikovou skříní by převod měl být co nejtuhší, protože samotná kliková skříň má nízkou tuhost;
• kované klikové hřídele mají nízké opotřebení čepů ložisek.

Výhody kovaných klikových hřídelů mohou být kompenzovány litými hřídeli s:

• větší průměr v oblasti ložiska;
• drahé systémy tlumení vibrací;
• velmi tuhá konstrukce klikové skříně.

Ložiska

Jak již bylo zmíněno, klikový hřídel u dieselového motoru BMW je uložen v ložiskách na obou stranách klikového čepu. Tato hlavní ložiska drží klikový hřídel v klikové skříni. Zatížená strana je ve víku ložiska. Zde je vnímána síla vznikající při procesu spalování.
Pro spolehlivý provoz motoru jsou vyžadována hlavní ložiska s nízkým opotřebením. Proto se používají ložiskové pánve, jejichž kluzná plocha je potažena speciálními ložiskovými materiály. Kluzná plocha je uvnitř, to znamená, že ložiskové pánve se neotáčejí s hřídelí, ale jsou upevněny v klikové skříni.
Nízké opotřebení je zajištěno, pokud jsou kluzné plochy odděleny tenkým olejovým filmem. To znamená, že musí být zajištěn dostatečný přísun oleje. To se ideálně provádí z nezatížené strany, tedy v tomto případě ze strany hlavního ložiskového lože. Mazání motorovým olejem probíhá přes mazací otvor. Kruhová drážka (v radiálním směru) zlepšuje distribuci oleje. Zmenšuje však kluznou plochu a tím zvyšuje účinný tlak. Přesněji řečeno, ložisko je rozděleno na dvě poloviny s nižší únosností. Proto se olejové drážky obvykle nacházejí pouze v nezatížené oblasti. Motorový olej také ochlazuje ložisko.

Ložiska s třívrstvou vložkou
Hlavní ložiska klikového hřídele, na která jsou kladeny vysoké nároky, jsou často konstruována jako ložiska s třívrstvou vložkou. Vrstva babbittu je dodatečně galvanicky nanesena na povlak kovového ložiska (například olověný nebo hliníkový bronz) na ocelovém pouzdru. To poskytuje zlepšení dynamických vlastností. Pevnost takové vrstvy je tím vyšší, čím je vrstva tenčí. Tloušťka babbittu je cca. 0,02 mm, tloušťka kovové základny ložiska je mezi 0,4 a 1 mm.

Potažená ložiska
Dalším typem ložiska klikového hřídele je ložisko s povlakem. Jedná se o ložisko s třívrstvým pláštěm s vrstvou nastříkanou na kluzné ploše, která snese velmi vysoké zatížení. Taková ložiska se používají ve vysoce zatížených motorech.
Ložiska s povlakem jsou velmi tvrdá díky svým materiálovým vlastnostem. Proto se taková ložiska obvykle používají v místech, kde dochází k největšímu zatížení. To znamená, že ložiska s povlakem jsou namontována pouze na jedné straně (tlaková strana). Na opačné straně je vždy instalováno měkčí ložisko, a to ložisko s třívrstvou vložkou. Měkčí materiál takového ložiska je schopen absorbovat částice nečistot z dílu. To je nesmírně důležité, aby nedošlo k jeho poškození.
Vysávání oddělí nejmenší částice. Pomocí elektromagnetických polí jsou tyto částice nanášeny na kluznou plochu ložiska s třívrstvou vložkou. Tento proces se nazývá naprašování. Nastříkaná kluzná vrstva se vyznačuje optimálním rozložením jednotlivých složek.
V naftových motorech BMW s maximálním výkonem a ve verzích TOP jsou instalována povlakovaná ložiska v oblasti klikové hřídele.

Opatrné zacházení s ložiskovými pánvemi je nezbytné, protože velmi tenká kovová vrstva ložiska nedokáže vyrovnat plastickou deformaci.
Ložiska s povlakem poznáte podle vyraženého „S“ na zadní straně víka ložiska.
Axiální ložisko
Klikový hřídel má pouze jedno axiální ložisko, které se často označuje jako středící nebo axiální ložisko. Ložisko drží klikový hřídel v axiálním směru a musí absorbovat síly působící v podélném směru. Tyto síly jsou generovány:

• ozubená kola se šikmými zuby pro pohon olejového čerpadla;
• pohon ovládání spojky;
• zrychlení auta.

Axiální ložisko může být ve formě ramenního ložiska nebo kombinovaného ložiska s axiálními podložkami.
Osazené axiální ložisko má 2 broušené dosedací plochy pro klikový hřídel a spočívá na hlavním ložiskovém loži v klikové skříni. Přírubové ložisko je jednodílná polovina ložiska s plochým povrchem kolmým nebo rovnoběžným s osou. U dřívějších motorů byla instalována pouze jedna polovina přírubového ložiska. Klikový hřídel měl axiální ložisko pouze 180°.
Kompozitní ložiska se skládají z několika částí. U této technologie je na obou stranách instalován jeden přítlačný půlkroužek. Poskytují stabilní, volné spojení s klikovým hřídelem. Díky tomu jsou přítlačné polokroužky pohyblivé a doléhají rovnoměrně, což snižuje opotřebení. V moderních vznětových motorech jsou pro vedení klikového hřídele instalovány dvě poloviny kompozitního ložiska. Díky tomu je klikový hřídel podepřen o 360°, což zajišťuje velmi dobrou odolnost vůči axiálnímu pohybu.
Je důležité, aby bylo zajištěno mazání motorovým olejem. Porucha axiálního ložiska je obvykle způsobena přehřátím.
Opotřebované axiální ložisko začíná vydávat hluk, především v oblasti tlumiče torzních vibrací. Dalším příznakem může být nefunkční snímač klikového hřídele, který se u vozů s automatickou převodovkou projevuje tvrdými rázy při řazení.

Ojnice s ložisky Obecné informace
Ojnice v klikovém mechanismu spojuje píst s klikovou hřídelí. Převádí lineární pohyb pístu na rotační pohyb klikového hřídele. Kromě toho přenáší síly vznikající při spalování paliva a působící na píst z pístu na klikový hřídel. Vzhledem k tomu, že se jedná o součást, která zažívá velmi velké zrychlení, má její hmotnost přímý dopad na výkon a plynulost motoru. Proto je při vytváření co nejpohodlnějších motorů kladen velký důraz na optimalizaci hmotnosti ojnic. Ojnice je vystavena zatížením sil plynů ve spalovací komoře a setrvačných hmot (včetně svých vlastních). Ojnice je vystavena proměnlivým tlakovým a tahovým zatížením. U vysokootáčkových benzínových motorů je rozhodující tahové zatížení. Navíc vlivem bočních odchylek ojnice vzniká odstředivá síla, která způsobuje ohyb.

Vlastnosti spojovacích tyčí jsou:

• Motory M47 / M57 / M67: části ložisek na ojnici jsou vyrobeny ve formě ložisek s povlakem;
• Motor M57: ojnice je stejná jako u motoru M47, materiál C45 V85;
• Motor M67: lichoběžníková ojnice se spodní hlavou vyrobená lámáním, materiál C70;
• M67TU: Tloušťka pánve ojničního ložiska zvýšena na 2 mm. Ojniční šrouby jsou poprvé instalovány s tmelem.

Ojnice přenáší sílu a tlak z pístu na klikovou hřídel. Ojnice jsou dnes z kované oceli a spojka na velké hlavě je vyrobena lámáním. Zlom má mimo jiné tu výhodu, že roviny lomu nevyžadují dodatečné zpracování a obě části jsou vůči sobě přesně umístěny.

Design
Ojnice má dvě hlavy. Přes malou hlavu je ojnice spojena s pístem pomocí pístního čepu. Kvůli bočnímu vychýlení ojnice při otáčení klikového hřídele musí mít možnost rotace v pístu. To se provádí pomocí kluzného ložiska. K tomu se do malé hlavy ojnice vtlačí pouzdro.
Otvorem na tomto konci ojnice (na straně pístu) je olej přiváděn do ložiska. Na straně klikové hřídele je velká dělená hlava ojnice. Velká hlava ojnice se rozděluje, aby bylo možné ojnici připojit ke klikové hřídeli. Chod této sestavy zajišťuje kluzné ložisko. Kluzné ložisko se skládá ze dvou pouzder. Olejový otvor v klikovém hřídeli zásobuje ložisko motorovým olejem.
Následující obrázky ukazují geometrii dříku přímých a šikmých dělených ojnic. Ojnice se šikmou spojkou se používají především u motorů tvaru V.
Motory ve tvaru V mají kvůli vysokému zatížení velký průměr ojnicových čepů. Šikmý konektor umožňuje udělat klikovou skříň kompaktnější, protože když se kliková hřídel otáčí, opisuje ve spodní části menší křivku.

Lichoběžníková ojnice
U lichoběžníkové ojnice má malá hlavice v průřezu tvar lichoběžníku. To znamená, že ojnice se ztenčuje od základny, přiléhající k tyči ojnice, ke konci u malé hlavy ojnice. To umožňuje další úsporu hmotnosti, protože dochází k úspoře materiálu na „nezatížené“ straně, zatímco na zatížené straně je zachována plná šířka ložiska.Také se zmenšuje vzdálenost mezi výstupky, což zase snižuje průhyb pístního čepu.Další výhodou je absence olejového otvoru na malém konci ojnice, protože olej vstupuje přes zkosenou bočnici kluzného ložiska.Vzhledem k chybějícímu otvoru je eliminován jeho negativní vliv na pevnost, což umožňuje ojnici Tím se nejen šetří hmotnost, ale také se zvětšuje prostor pístu.

Výroba a vlastnosti
Polotovar prutu lze vyrobit různými způsoby.

horká ražba
Výchozím materiálem pro výrobu polotovaru ojnice je ocelová tyč, která se zahřeje na cca. až 1250-1300 "C. Válcování přerozděluje hmoty směrem k hlavám ojnice. Při vytváření hlavní formy při lisování dochází vlivem přebytečného materiálu k výronu, který je následně odstraněn. vlastnosti lisování se zlepšují tepelným zpracováním.

Casting
Při odlévání ojnic se používá plastový nebo kovový model. Tento model se skládá ze dvou polovin, které dohromady tvoří spojovací tyč. Každá polovina je formována v písku, takže jsou odpovídajícím způsobem vyrobeny opačné poloviny. Pokud je nyní spojíte, získáte formu na odlévání ojnice. Pro větší účinnost je mnoho ojnic odlito vedle sebe v jedné formě. Forma se naplní tekutým železem, které pak pomalu chladne.

Léčba
Bez ohledu na to, jak byly polotovary vyrobeny, jsou opracovány na konečné rozměry.
Pro zajištění hladkého chodu motoru musí mít ojnice stanovenou hmotnost v úzkém tolerančním rozmezí. Dříve se k tomu nastavovaly dodatečné zpracovatelské rozměry, které se pak v případě potřeby frézovaly.U moderních výrobních postupů jsou technologické parametry řízeny tak přesně, že umožňují výrobu ojnic v přijatelných hmotnostních limitech.
Zpracovány jsou pouze koncové plochy velké a malé hlavy a samotné hlavy ojnic. Pokud se spoj hlavy ojnice provádí řezáním, pak je třeba dodatečně opracovat plochy spoje. Vnitřní povrch velké hlavy ojnice je následně vyvrtán a honován.

Konektor zlomeniny
V tomto případě je velká hlava rozdělena v důsledku zlomu. V tomto případě se určené místo poruchy označí děrováním, protahováním nebo pomocí laseru. Poté se hlava ojnice upne na speciální dvoudílný trn a oddělí se lisováním klínem.
To vyžaduje materiál, který se předem rozbije, aniž by se příliš natahoval (deformace Při prasknutí uzávěru ojnice, jak v případě ocelové ojnice, tak v případě ojnice z práškových materiálů, se vytvoří lomová plocha. Tato povrchová struktura přesně vystředí víko hlavního ložiska během instalace na ojnici.
Lom má tu výhodu, že není potřeba žádné další zpracování dělicí plochy. Oba poločasy přesně odpovídají. Polohování pomocí středících objímek nebo šroubů není nutné. Pokud je čepička ojnice obrácena nebo instalována na druhou tyč ojnice, struktura lomu obou částí je zničena a víko není vystředěno. V tomto případě je nutné vyměnit celou ojnici za novou.

Zapínání na závit

Závitové upevnění ojnice vyžaduje zvláštní přístup, protože je vystaveno velmi vysokému zatížení.
Závitové upevňovací prvky ojnic jsou vystaveny velmi rychle se měnícímu zatížení během otáčení klikového hřídele. Vzhledem k tomu, že ojnice a její upevňovací šrouby jsou pohyblivé části motoru, jejich hmotnost by měla být minimální. Kromě toho omezený prostor vyžaduje kompaktní závitový spojovací prvek. To má za následek velmi vysoké zatížení závitového upevnění ojnice, což vyžaduje obzvláště pečlivé zacházení.
Podrobnosti o závitech ojnice, jako jsou závity, pořadí utahování atd., naleznete v TIS a ETC.
Při instalaci nová sada ojnic:
Šrouby ojnice lze dotáhnout pouze jednou při montáži ojnice pro kontrolu vůle ložiska a poté při konečné montáži. Protože šrouby ojnice byly již při zpracování ojnice třikrát utaženy, dosáhly již své maximální pevnosti v tahu.
Pokud se ojnice znovu použijí a vymění se pouze šrouby ojnice: šrouby ojnice je třeba po kontrole vůlí ložisek znovu utáhnout, znovu povolit a dotáhnout potřetí, dokud nedosáhnou maximální pevnosti v tahu.
Pokud byly šrouby ojnice utaženy alespoň třikrát nebo více než pětkrát, dojde k poškození motoru.

Píst s kroužky a pístní čep

Písty přeměňují tlak plynu vznikající při spalování na pohyb, pro tvorbu směsi je rozhodující tvar hlavy pístu. Pístní kroužky zajišťují důkladné utěsnění spalovací komory a regulují tloušťku olejového filmu na stěně válce.
obecná informace
Píst je prvním článkem v řetězu dílů, které přenášejí výkon motoru. Úkolem pístu je absorbovat tlakové síly vznikající při spalování a přenášet je přes pístní čep a ojnici na klikovou hřídel. To znamená, že přeměňuje tepelnou energii spalování na mechanickou energii. Kromě toho musí píst pohánět horní hlavu ojnice. Píst spolu s pístními kroužky musí zamezit emisím plynů ze spalovacího prostoru a spotřebě oleje, a to spolehlivě a ve všech provozních režimech motoru. Přítomnost oleje na kontaktních plochách napomáhá utěsnění. Písty dieselových motorů BMW jsou vyrobeny výhradně ze slitin hliníku a křemíku. Instalují se tzv. celoobrubové autotermální písty, ve kterých ocelové pásy obsažené v odlitku slouží ke zmenšení instalačních mezer a regulaci množství tepla generovaného motorem. Pro přizpůsobení materiálu stěnám válce ze šedé litiny je na povrch pláště pístu nanesena vrstva grafitu (metoda polotekutého tření), díky čemuž se snižuje tření a zlepšují akustické vlastnosti.

Jako součást klikového mechanismu je píst vystaven zatížení:

• tlakové síly plynů vznikající při spalování;
• pohyblivé inerciální části;
• síly bočního prokluzu;
• moment v těžišti pístu, který je způsoben umístěním pístního čepu s odsazením od středu.

Setrvačné síly pohybujících se vratně se pohybujících částí vznikají v důsledku pohybu samotného pístu, pístních kroužků, pístního čepu a částí ojnice. Setrvačné síly rostou v kvadratické závislosti na rychlosti otáčení. U vysokootáčkových motorů je proto velmi důležitá nízká hmotnost pístů spolu s kroužky a pístními čepy. U vznětových motorů jsou korunky pístů vystaveny zvláště vysokému zatížení v důsledku zapalovacího tlaku až 180 barů.
Vychýlením ojnice vzniká boční zatížení pístu kolmo k ose válce. To působí tak, že píst je po dolní úvrati nebo horní úvrati přitlačován z jedné strany stěny válce na druhou. Toto chování se nazývá změna přizpůsobení nebo změna strany. Pro snížení hluku a opotřebení pístu je pístní čep často odsazen od středu o cca. 1-2 mm (neaxiální), To vytváří moment, který optimalizuje chování pístu při změně lícování.

Design

Píst má následující hlavní oblasti:

• dno pístu;
• pás pístního kroužku s chladicím kanálem;
• plášť pístu;
• nástavec pístu.

Vznětové motory BMW mají dutinu spalovací komory v koruně pístu. Tvar dutiny je dán procesem spalování a polohou ventilů. Oblast řemene pístního kroužku je spodní část tzv. nástřelného řemene, mezi korunou pístu a prvním pístním kroužkem, a také můstek mezi 2. pístním kroužkem a stíracím kroužkem oleje.