Kazimierz Witkowski
OKR
TOWE SILNIKI SPALINOWE
BUDOWA
Gdynia 1996
RECENZENT dr inz Stefan KA
UJ
REDAKCJA Bożena SOBOLEWSKA
KOREKTA Bożena Preyss
PROJEKT OKA
ADKI Sylwia ŚCISA
OWSKA
ZDJ
CIA Tomasz DEGÓRSKI
ISBN 83-86 703-56-3
Wydawnictwo Uczelniane WSM Gdynia
Zlecenie 260/95 Nakład 250+60 egz
Format A 5 Arkwyd 13,9
Papier offsetowy III kl 80 g
Wydanie I
Oddano do druku marzec 1996
SPIS TREŚCI
Strona
PRZEDMOWA 5
1 KADA
UBY SILNIKÓW OKR
TOWYCH 7
1 1 Śruby sciągowe 10
1 2 Ramy fundamentowe 13
1 3 A
ożyska główne 17
1 4 Stojaki silników 24
1 5 Bloki cylindrowe 27
1 6 Tuleje cylindrowe 29
1 7 Głowice . 42
2 UKA
AD TA
OKOWO KORBOWY 49
2 1 Układ tłokowy 50
2 11 Tłoki silników 50
2 12 Pierścienie tłokowe 65
2 13 Sworznie tłokowe 75
2 2 Trzony tłokowe 76
2 3 Wodziki 78
2 4 Korbowody 81
2 5 Wały korbowe 92
3 UKA
AD WYMIANY CZYNNIKA ROBOCZEGO 102
3 1 Układ rozrządu 102
3 11 Napęd zaworów 110
3 1 2 Wał rozrządu 111
3 2 Układ doładowujący 115
3 2 1 Turbosprężarki 115
3 2 2 Chłodnice powietrza 119
3 2 3 Zasobniki powietrza 120
4 PALIWOWY UKA
AD ZASILAJ
CY 122
4 1 Pompy wtryskowe 123
Strona
4.1.1. Napęd pomp wtryskowych 123
4.1.2. Sposoby regulacji dawki paliwa na cykl 124
4 1.3. Pompy wtryskowe zaworowe 127
4 1.4. Pompy wtryskowe z tłoczkiem obrotowym 138
4.2 Wtryskiwacze 157
5. SYSTEMY SMAROWANIA 167
5.1.Obiegowy system smarowania 167
5.2. Smarowanie tulei cylindrowych 174
6. SYSTEM CHA
ODZENIA 178
6.1. Chłodzenie tulei cylindrowych i głowic 178
6.2. Chłodzenie tłoków 180
6 3. Chłodzenie wtryskiwaczy 182
7. SYSTEM ROZRUCHOWY I NAWROTNY 183
7 1. System rozruchowy 183
7.2. Podstawowe elementy systemu rozruchowego 184
7.2.1. GA
ówny zawór manewrowy 184
7.2.2. Rozdzielacze powietrza 186
7.2.3. Zawory rozruchowe 187
7.3. Systemy nawrotne 189
LITERATURA 192
PRZEDMOWA
Niniejsza publikacja przeznaczona jest dla studentów wydziałów
mechanicznych wyższych szkół morskich oraz uczestników organi-
zowanych w tych szkołach kursów aktualizacji wiedzy dla oficerów-
mechaników statków morskich. Stanowi uzupełnienie cyklu skryptów
dotyczących okrętowych silników spalinowych wydanych w Wyższej
Szkole Morskiej w Gdyni. Do tej pory ukazały się następujące pozycje:
Stanisława Rutkowskiego, Okrętowe silniki spalinowe. Zagadnienia
wybrane, WSM Gdynia, 1986, Jana Kazimierza Włodarskiego,
Okrętowe silniki spalinowe. Obciążenia eksploatacyjne, WSM Gdy-
nia, 1991, Kazimierza Witkowskiego, Okrętowe silniki spalinowe. Ma-
teriały pomocnicze do ćwiczeń, WSM Gdynia, 1993 r. Przygotowuje
się też do druku skrypt Jana Kazimierza Włodarskiego, Okrętowe silniki
spalinowe. Podstawy teoretyczne.
1. KADA
UBY SILNIKÓW OKR
TOWYCH
Kadłub okrętowego silnika wolnoobrotowego, łączony śrubami
ściągowymi, składa się z ramy fundamentowej 1 (rys. 1.1), łożysk głównych
2, stojaka 3 z blokiem cylindrowym 4 (w pokazanej na rysunku konstrukcji
stojaki i blok cylindrowy wykonane są łącznie) składa się z ramy
fundamentowej 1 (rys. 1.1), łożysk głównych 2, stojaka 3 z blokiem
cylindrowym 4 (w pokazanej na rysunku konstrukcji stojaki i blok cylindrowy
wykonane są łącznie) i głowicy 5 Śruby ściągowe 6 (najczęściej 4 dla
jednego cylindra) wiążą wszystkie elementy konstrukcji (oprócz głowic) w
jedną sztywną całość, uniemożliwia-
jąc ich deformację na skutek działa-
nia sił ciśnienia gazów i sił bezwład-
ności. W konstrukcjach bez śrub ścią-
gowych elementy kadłuba połączone
są zazwyczaj szpilkami
Warunki pracy kadłuba są
następujące: przyjmuje wszystkie siły,
powstające w czasie pracy silnika; ich
część jest przekazywana na kadłub
statku. Aby zabezpieczyć szczelność
wszystkich połączeń kadłuba, każda
śruba ściągowa napinana jest siłą P,
większą niż siła maksymalnych
ciśnień spalania P /4, działającą na
z
jedno połączenie (patrz rys 1 1)
Dlatego w niepracującym silniku
elementy kadłuba poddane są naprę-
żeniom ściskającym pochodzącym
od siły 4 " P, a w czasie pracy silnika -
od różnicy sił (4 P - P ). W rezultacie
z
deformacja kadłuba, nie zmieniając
swojego znaku, stale odpowiada
deformacjom śrub ściągowych. Siła
ciśnienia gazów P /2, działająca na
z
każde łożysko główne, wywołuje przy
tym zginanie belek poprzecznych
Rys 1 1 Kadłub silnika okrętowego łączony
ramy fundamentowej, ponieważ re-
śrubami ściągowymi
akcje P /4 zrównoważone są na śrubach. Moment zginający, w nie-
z
bezpiecznym przekroju będzie dla tej konstrukcji silnika mniejszy, niż w
wypadku kadłubów bez śrub ściągowych, ponieważ 1' < 1 (patrz rys. 1.1).
Podstawowe wymagania dotyczące konstrukcji kadłuba są na-
stępujące: możliwie duża sztywność i możliwie mała masa (z uwagi na to,
że może ona wynosić nawet do 70% łącznej masy silnika). Znaczna
sztywność kadłuba pozwala na uniknięcie niedopuszczalnych deformacji
poszczególnych elementów silnika, które to deformacje mogą dopro-
wadzić do utraty osiowości we wzajemnym położeniu wspomnianych
elementów (szczególnie układu tłokowo-korbowego). Odpowiednia
sztywność, wytrzymałość i możliwie najmniejszą masę daje się osiągnąć
poprzez wybór racjonalnych form konstrukcyjnych poszczególnych ele-
mentów silnika i odpowiednich sposobów ich wzajemnego połączenia.
Schematy konstrukcyjne kadłubów silników okrętowych przed-
stawione są na rysunku 1.2. Rama fundamentowa 1, stojak 2, cylindry
(lub bloki cylindrów) 3 i głowice cylindrowe zostały wykonane oddzielnie
(rys.l.2a),b)). Sztywność konstrukcji uzyskano przez odpowiednio duże
przekroje wzdłużnych i poprzecznych belek ramy fundamentowej oraz
zastosowanie śrub ściągowych (rys. 1.2.a)), a także dzięki wykorzystaniu
bloków cylindrowych i stojaków konstrukcji skrzynkowej (rys.l.2b)).
Układ taki pozwala na uproszczenie wykonania i montażu elementów
oraz zastosowanie różnych materiałów do poszczególnych części, na
przykład: blok cylindrowy - żeliwo, stojaki - stal.
Jednakże występowanie płaszczyzn podziału wymusza konieczność
bardzo dokładnej obróbki poszczególnych elementów i ich precyzyjny
montaż. Rozwiązanie, o którym mowa jest charakterystyczne dla wolno-
obrotowych silników okrętowych (n < 200 obr/min). Stojak 2 może
być wykonany łącznie z blokiem cylindrowym - element 3 jako blok-
stojak - i ustawiany na ramie fundamentowej 1 (rys.l.2c)); blok cy-
lindrowy 3 może też stanowić oddzielny element (rys.l.2d)). Takie
rozwiązania są typowe dla średnioobrotowych silników okrętowych
średniej mocy (n = 400-600 obr/min. i N = 150-1500 kW). Na
e
rysunku 1.2e) pokazano stojak 3 wykonany łącznie z blokiem cylin-
drowym 4, a na rysunku 1.2f) - oddzielnie. W omawianej konstrukcji
brak typowej ramy fundamentowej, występuje jedynie lekka misa
olejowa 1. A
ożysko główne 2 łączy się ze stojakiem od dołu (łożysko
podwieszone). Rozwiązanie to pozwala na znaczne obniżenie masy kadłuba i
uproszczone centrowania łożysk względem osi wału korbowego. Pierwsza z
omawianych koncepcji najczęściej znajduje zastosowanie w szybkoobro-
towych silnikach okrętowych (n > 1000 obr/min), druga zaś w średnioobro-
towych - dla mocy N = 1500-15000 kW.
e
Rys.1.2. Schematy konstrukcyjne kadłubów silników okrętowych: a) z blokiem
cylindrowym, oddzielnym dla każdego cylindra; b) z dwuczęściowym blokiem
cylindrowym; c-g) inne przykłady rozwiązań konstrukcyjnych
Monoblok pokazany na rysunku 1.2g) składa się z ramy 1, stojaka
2 i bloku cylindrowego 3, z oddzielną, ale wspólną dla wszystkich cylin-
drów, zblokowaną głowicą 4. Wał korbowy w takim układzie często
montowany jest poprzez specjalne otwory wykonane w bocznej części
korpusu. Silnik tego typu charakteryzuje się bardzo dużą sztywnością
wzdłużną i poprzeczną, przy względnie małej masie. Jest to kon-
strukcja charakterystyczna dla silników szybkoobrotowych małych
mocy (Ne < 150 kW).
9
1.1. ŚRUBY ŚCI
GOWE
Śruby ściągowe, wiążąc silnik w jedną sztywną całość, zabezpieczają
go przed awarią związaną z działaniem sił rozrywających, pochodzących
od ciśnienia gazów.
W silnikach ze śrubami ściągowymi elementy kadłuba stale
podlegają naprężeniom ściskającym. Zamiana naprężeń rozrywających
na ściskające jest szczególnie pożądana w odniesieniu do elementów
żeliwnych, ponieważ żeliwo ma znacznie większą wytrzymałość na
ściskanie niż na rozciąganie (orientacyjny przedział wytrzymałości na
ściskanie: 8-9 MPa, a na rozrywanie: 1,8-2,6 MPa). Takie właściwości
pozwalają na wykonanie elementów o odpowiednio cieńszych ściankach
i w konsekwencji - obniżenie masy silnika Jeżeli wspomniane elementy
są spawanymi częściami stalowymi, to śruby ściągowe zabezpieczają
szwy spawane przed rozerwaniem.
Mankamentem przedstawionego rozwiązania jest przede wszystkim
skomplikowany montaż i demontaż silnika, szczególnie w warunkach
okrętowych, a także stałe naprężenie elementów kadłuba wywołane
napięciem śrub ściągowych.
Warunki pracy śrub ściągowych są następujące, obciążenie
przez siły: rozciągające pochodzące od ciśnienia gazów P /4,
z
wstępnego napięcia śrub P =(1 3-1.6) P /4, powstające na skutek
z
rozszerzalności cieplnej poszczególnych elementów Pt, zginające P
z g
związane z poprzecznymi drganiami śrub w płaszczyz
nie ruchu
korbowodu (rys 1 3a))
Śruby powinny cechować się dużą sprężystością i dostateczną wy-
trzymałością Wykonuje się je z wysokiej jakości stali węglowej lub sto-
powej. Śruby szlifuje się na całej długości, aby wyeliminować miejsca
koncentracji naprężeń i uzyskać pożądaną jakość
Wykonuje się śruby ściągowe diugie (rys 1 3a)), nawet do 12 m,
które wiążą ramę fundamentową 1, stojak 2 i blok cylindrowy 3, lub
krótkie (rys. 1.3b)), łączące tylko blok cylindrowy 3 i zasobnik powietrza
doładowującego 2, utwierdzone u dołu stojaka 1 W niektórych silnikach
średnioobrotowych dużej mocy, krótkie śruby łączą tylko blok
cylindrowy, a w niewielkich silnikach szybkoobrotowych - nie tylko
stojak 1, ale i blok cylindrowy 2 oraz blok głowicowy 3 (rys 1.3c))
10
Rys.1.3. Przykłady osadzenia śrub ściągowych w kadłubach a), b), c) konstrukcje
kadłubów ze śrubami ściągowymi, d) nakrętka o obniżonej sztywności; e)
wsporniki śrub ściągowych
11
Mankamentem takiej konstrukcji jest możliwość przesunięcia się
elementów podczas demontażu głowicy silnika.
W celu zmniejszenia uderzeniowych, dynamicznych obciążeń gwintu
śruby ściągowej stosuje się niekiedy specjalne nakrętki o obniżonej
sztywności (rys.l.3d)). Natomiast, aby zapobiec poprzecznym drganiom
śrub, a tym samym ich pękaniu, stosuje się wsporniki 1, 2 i 3 (rys.l.3e)).
Dociąganie śrub ściągowych przeprowadza się równomiernie,
w ściśle określonej kolejności (rys. 1.4c)). Od tej równomierności zależy
położenie osi wału korbowego i tulei cylindrowej w bloku silnika. W
Rys.1.4. Napinanie śrub ściągowych: a) kontrola wydłużenia śruby ściągowej:
b) prasa hydrauliczna do napinania śrub ściągowych; c) kolejność napinania
śrub ściągowych
12
mniejszych silnikach napinanie śrub można wykonywać ręcznie, ale
wówczas konieczna jest ścisła kontrola ich wydłużenia (rys.l.4a). W
większych silnikach obecnie stosuje się właściwie już tylko prasy
hydrauliczne (rys.l.4b)).
1.2. RAMY FUNDAMENTOWE
Rama fundamentowa jest podstawą kadłuba silnika i miejscem po-
sadowienia łożysk głównych wału korbowego. Składa się z dwóch szty-
wnych belek wzdłużnych 1 (rys.l.5a)), związanych szeregiem belek po-
przecznych 2, o kształcie dwuteowym, skrzynkowym lub innym. W
belkach tych, zwanych poprzecznicami, wytoczone są gniazda pod łoży-
ska główne 4. Belki poprzeczne dzielą ramę na szereg przedziałów (zgodnie
z liczbą cylindrów), w których obracają się korby wału. Rama mocowana
jest do fundamentu oporowymi półkami 5.
Warunki pracy ramy są następujące: obciążenie siłami ciśnienia
gazów i siłami bezwładności obracających się mas, a także siłami
wywołanymi deformacjami kadłuba statku oraz siłami ciężaru wszystkich
elementów.
Do wykonania całych, nie dzielonych ram fundamentowych używa
się żeliwa, natomiast do ram spawanych - stali.
Zastosowanie konstrukcji spawanych pozwoliło obniżyć masę ramy
o około 20-30%, a koszt jej wykonania - o blisko 20%.
Ramy silników szybkoobrotowych małych mocy wykonuje się ze
stopów aluminium.
Rozróżnia się ramy jedno- i wieloczęściowe (składane). Te
drugie (rys. 1.5a)) wykonuje się zazwyczaj z dwóch części, sztywno zwią-
zanych pasowanymi śrubami, co znacznie ułatwia ich wykonanie,
transport i montaż. Sztywność takich ram, w porównaniu z nie dzielo-
nymi, jest oczywiście mniejsza, wzrasta także liczba płaszczyzn wyma-
gających obróbki. W celu zabezpieczenia przed wyciekiem oleju górna
część ramy i dolna część stojaka są doskrobywane. Dolna część ramy
posiada misę olejową 6, która może być odlana wraz z ramą lub
wykonana oddzielnie. W silnikach bezwodzikowych nad misą monto-
wana jest siatka 7 (rys.l.5c)), zabezpieczająca olej przed pienieniem się.
13
Rys.1.5. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych ram fundamentowych silników
okrętowych: a) B&W K90GF; b) - MAN KZ 70/120; c) SULZER BAH 22
W dolnych oporowych półkach ramy znajdują się otwory pod śruby
fundamentowe. Za pomocą tychże śrub łączy się ramę z fundamentem.
Część śrub znajdujących się w rufowej części ramy przechodzi przez
otwory specjalnie rozwiercone, aby umożliwić ramie wzdłużne (jednakże
z zachowaniem osiowości ułożenia) przemieszczenie na skutek na-
grzewania się. W ramie mogą się także znajdować otwory gwintowane,
do wkręcania śrub rozporowych, wykorzystywanych w celu uniesienia
ramy silnika podczas jej centrowania.
14
Ramę fundamentową łączy się z fundamentem po jej wy-
centrowaniu względem linii wału. Z uwagi na to, że fundament nie jest
obrabiany, pomiędzy nim a ramą układa się specjalne, odpowiednio
dopasowane kliny lub podkładki (stalowe bądz
żeliwne) Jeżeli rama jest
ustawiona na klinach (rys.l.6a)), do fundamentu 1 przyspawany bywa
klin 3 z obrobioną górną powierzchnią. Dzięki dokładnemu doskrobaniu
powierzchni klinów 3 i 4 oraz ramy 5 otrzymuje się bardzo precyzyjne
ustawienie.
Podkładka sferyczna (rys.l.6b)) składa się z dwóch krążków 4 ze
sferycznymi powierzchniami pozwalającymi im na dokładne samousta-
wienie się odpowiednio do nachylenia ramy względem fundamentu.
Zastosowanie takich podkładek eliminuje bardzo pracochłonne dopa-
sowanie ręczne.
Rys.1.6. Mocowanie sztywne ramy fundamentowej: a) na klinach, b) na
podkładkach sferycznych, c) na regulacyjnych podkładkach klinowych
Regulacyjna podkładka klinowa (rys.l.óc)) składa się z dwóch
krążków klinowych 1, pozwalających na regulację kąta nachylenia, przez
obrót krążka górnego względem dolnego, oraz wysokości (przesunięcie).
Po wykonaniu czynności regulacyjnych, utrwalenie wybranego położenia
podkładek uzyskuje się najczęściej przez spawanie.
Rozwiązaniem nowszym jest stosowanie podkładek z tworzyw
sztucznych wytwarzanych z żywic epoksydowych do ustawiania ram fun-
damentowych na fundamencie (rys.1.7). Wspomniane podkładki wylewa
się i formuje bezpośrednio na fundamencie po prawidłowym ustawieniu
na nim podstawy silnika. Utwardzanie się tworzywa następuje w tempe-
raturze otoczenia w ciągu kilkunastu godzin. Po tym czasie podkładki
15
bez dalszej obróbki są gotowe do pracy Stosowanie podkładek z
tworzyw sztucznych zamiast metalowych umożliwia dokładniejsze
STOPER BOCZNY
STOPER SIA
.Y POOSIOWEJ
ŚRUBA FUNDAMENTOWA
STOPER SIA
Y POOSIOWEJ
PRZYSPAWANY DO POSZYCIA
DNA WEWN
TRZNEGO
PODKA
ADKA Z ŻYWICY EPOKSYDOWEJ POSZYCIE DNA WEWN
TRZNEGO
Rys 1 7 Mocowanie ramy fundamentowej na podkładkach z zywic epoksydowych
podparcie silnika oraz zmniejsza czas i koszty prac związanych z
pasowaniem silnika na fundamencie, gdyż eliminuje pracochłonne
ręczne dopasowanie i skrobanie podkładek metalowych Silniki
ustawiane na podkładkach z tworzyw emitują mniej hałasu Mniejsze są
także drgania elementów siłowni sztywno związanych przed kadłub z
fundamentem silnika.
Niedostatecznie wyrównoważone silniki pomocnicze wraz z
prądnicą są często mocowane sztywno do wspólnej ramy, która łączy się
z fundamentem za pośrednictwem elementów elastycznych - gumowych
lub sprężynowych amortyzatorów (rys. 1.8).
16
Mocowanie elastyczne pozwala na znaczne obniżenie drgań kadłuba
statku, zmniejsza możliwość wpływu deformacji kadłuba na położenie ramy
fundamentowej silnika, a także ogranicza czasochłonność montażu silnika.
Rys.1.8. Podkładki elastyczne - izolatory drgań a) izolator sprężynowy;
b) izolator gumowy
1.3. A
OŻYSKA GA
ÓWNE
A
ożyska główne stanowią podpory głównych czopów wału korbo-
wego W silnikach okrętowych są to łożyska ślizgowe. A
ożysko składa się
z dwóch części 3 i 5 (rys.l 9a)-d)) wylanych materiałem łożyskowym
oraz pokrywy 1.
Warunki pracy łożyska są następujące: obciążenie siłami ciśnie-
nia gazów i siłami bezwładności mas biorących udział w ruchu; maksy-
malne ciśnienia działające na łożysko pochodzące od sił gazowych i sił
bezwładności, w silnikach wolnoobrotowych osiągają wartości 14 MPa,
a w silnikach średnio- i szybkoobrotowych 35 MPa
Konstrukcji łożyska stawia się następujące podstawowe wymagania:
wysoką sztywność i spełnienie warunków hydrodynamicznego smaro-
wania, możliwość wymiany dolnej półpanwi bez konieczności podno-
szenia wału, wytrzymywanie dużych nacisków i uderzeniowych obciążeń
przez stop łożyskowy, mały współczynnik tarcia, odporność na zużycie
ścierne i dobrą wytrzymałość zmęczeniową, dobrą przewodność cieplną,
małą rozszerzalność cieplną.
Materiałami, z których wykonuje się łożyska ślizgowe są stopy
łożyskowe na osnowie: cyny lub ołowiu (tzw. białe metale), miedzi (tzw.
brązy) i aluminium.
17
Rys.1.9. A
ożyska ramowe silników okrętowych a) MAN KZ 70/12OC;
b) SULZER RD 76,
18
Rys 1.9 A
ożyska ramowe silników okrętowych, c) NVD 36, d) 18D,
e) SULZER Z40/48
Do białych metali należą stopy cynowe - najstarsze i do niedawna
najczęściej stosowane stopy łożyskowe. Obecnie używane białe metale
zawierają: cynę (Sn), antymon (Sb), miedz
(Cu) oraz śladowe ilości niklu
(Ni) i kadmu (Cd)
Stopy łożyskowe oparte na ołowiu (Pb) zawierają go nawet do 80%.
Pozostałe pierwiastki to: Sb, Sn, Cu oraz śladowo Ni i Cd Stopy
ołowiowe są tańsze od cynowych, ale wykazują mniejszą odporność na
zużycie i zmęczenie, odznaczają się także podatnością na korozję
chemiczną wywołaną kwasami zawartymi w oleju
Do grupy brązów łożyskowych zalicza się stopy na osnowie miedzi i
cyny, miedzi i ołowiu oraz trójskładnikowe stopy miedzi, ołowiu i cyny
Typowe stopy łożyskowe i ich skład chemiczny pokazane są w
tabelach 1.1 i 1.2.
19
Według konstrukcji łożyska można podzielić na: grubościenne i
cienkościenne. Półpanwie dolna i górna dokładnie przylegają do
powierzchni pokryw. Górna półpanewka 3 (rys.l.9a)-d)) zabezpieczona jest
przed obrotem tulejką lub kołkiem 2. Przed ewentualnym, osiowym
przemieszczeniem wkładu łożyska 5 i 3 zabezpieczają: odpowiedni kształt
czołowej części łożyska (krawędzie a) lub zamontowane kołki ustalające.
W celu osiągnięcia pewności połączenia stopu łożyskowego (warstwy
ślizgowej) z warstwą pośrednią w tej ostatniej wykonuje się specjalne
kanały k (rys.l.9b), d)). We współczesnych konstrukcjach takie kanały
Tabela 1 1
Typowe stopy cynowe i ołowiowocynowe
(skład chemiczny w %) [4]
Rodzaj Składniki stopowe
Oznaczenie Uwagi
stopu
Sb Cu Sn Pb inne
_ _
SAE 10 4-5 4-5 reszta stop amerykański
SAE11 6-7,5 6,5 reszta stop amerykański
WM80F 10-12 8-10 reszta 0,5 - DIN 1703, RFN
WM80 10-13 5-7 reszta 1-3 DIN 1703, RFN
_ _
A
83 10-12 5,5-6,5 reszta PN-62/H-87111
A
89,
Stopy
MB01* 7,25-8,25 2,5-3,5 reszta - PN-62/H-87111
cynowe
A
89L 7-8 2,5-3,5 reszta Ni 0,05- BN-65/085102-
-0 3 -łozyska silników
okrętowych
Cd 0,6-
-1,2
Hoyt 11R 7,8 3,15 reszta - Ni 0,3, H Cegielski - Po-
Cd 1, znań, łożyska sil-
Ag 0,08 nikow okrętowych
_
SAE 13 9,25-10,75 0,5 4,5-5,5 reszta stop amerykański
SAE 14 14-16 0,5 9,25-10,75 reszta stop amerykański
Stopy
WM20 13,5-15,5 1-2 19-20 reszta DIN 1703.RFN
ołowiowo-
WM 10 14,5-16,5 0,5-1,5 9,5-10,5 reszta DIN 1703, RRN
-cynowe
WM5 14,5-16,5 0,5-1,5 4,5-5,5 reszta DIN 1703, RFN
A
16 15-17 1,5-2,6 15-17 reszta Cd 0,5 PN-62/H-87111
Ni 0,5
A
10AS 13-15 1-2 9-11 reszta AS 0,5- PN-62/H-87111
-0,9
A
6, MB02* 5,5-7 5-7 reszta PN-62/H-87111
LgPbSn9 Kd 0,5, "Miba-Gleitlager-
fabnk" Austria
Cd 13,8 0,9 10 reszta As 0,5
15 0,5 10 reszta As 0,6 stop amerykański
"Alloya 7
'Oznaczenia według Wytwórni A
ożysk Ślizgowych  Delta Bimef w Gdansku-Oliwie, odnoszące się do
stopu na Dodtozu z taśmy stalowei, według PN-H/92327
20
Tabela 1 2
Typowe brązy ołowiowe i ołowiowocynowe
(skład chemiczny w %) [4]
Składniki stopu
Rodzaj Oznacze- Uwagi
stopu nie stopu
Pb Sn Zn Cu inne
Brązy BO30, 27-33 _ _
reszta PN-70/H-87026
ołowiowe MB10*
SAE48 25-32 - - reszta Ag 1,5 stop amerykański
SAE 794 21-25 3-4 3 reszta - stop amerykański
Pb Bz25 18-30 - - reszta - DIN-1716, RFN
Brązy P510 5 10 - reszta -  Miba-Gleitlagerfabnk", Austria
ołowiowo- P 1014 10 15 - reszta  Miba-Gleitlagerfabnk", Austria
-cynowe P129 12 10 - reszta -  Miba-Gleitlagerfabnk", Austria
P 157 15 8 - reszta -  Miba-Gleitlagerfabnk", Austria
P205 19 6 - reszta -  Miba-Gleitlagerfabnk", Austria
B422, 22 4 - reszta - PN-70/H-87026
MB11*
B1010, 9-11 9-11 - reszta - PN-70/H-87026
MB12*
_
G-Sn Pb 9-11 9-11 - reszta DIN 1716, RFN
Bz10
SAE 40 4-6 4-6 4-6 reszta - stop amerykański
' Oznaczenie według Wytwórni A
ożysk Ślizgowych  PZL-Bimet" w Gdansku-Oliwie, odnoszące się do
stopu na podłożu z taśmy stalowej, według PN-H/923
nie znajdują już zastosowania, są one bowiem miejscem koncentracji
naprężeń i obniżają wytrzymałość zmęczeniową stopu łożyskowego. W
pobliżu styku obu półpanwi są specjalne wyfrezowania 4 - akumulatory
oleju, które służą do doprowadzania oleju, ułatwiając mu dojście pod
czop wału, a przy jego obrocie pomagają w rozprowadzeniu oleju na
długości łożyska. Akumulatory te zabezpieczają również przed zaklesz-
czeniem czopa w łożysku, co może nastąpić na skutek deformacji
łożyska podczas wadliwie wykonanego montażu, a także zapewniają
minimalne warunki smarowania podczas pierwszych obrotów wału
korbowego. Omawiane  kieszenie" nie dochodzą do krawędzi łożyska i
dzięki temu nie ma niebezpieczeństwa niekontrolowanego wycieku oleju.
Do regulacji luzu w łożysku służyły podkładki 7 (rys.l 9a),b))
montowane między powierzchnie styku półpanewek. Zestaw takich
podkładek powodował spadek sztywności łożyska, dlatego też łożyska
współczesnych silników średnio- i szybkoobrotowych już go nie
zawierają (rys.l.9c),d),e)). Z tego względu wzrost luzu ponad dopusz-
21
czalne wartości wymaga wymiany półpanewek. W takich łożyskach koł-
ki 6 służą do centrowania półpanewek między sobą.
W celu zwiększenia niezawodności pracy łożysk w silnikach szybko-
obrotowych, zamiast cylindrycznego roztoczenia łożyska, stosuje się roz-
toczenie hiperboliczne, które lepiej kompensuje deformacje łożyska
występujące w czasie pracy silnika. Coraz częściej spotyka się również
łożyska, w których grubość warstwy nośnej w dolnej, bardziej obciążonej
półpanewce jest większa niż w górnej. Pozwala to na powiększenie
części roboczej dolnej półpanewki łożyska i - dzięki temu - zmniejszenie
jej długości (z zachowaniem warunków zabezpieczających smarowanie
hydrodynamiczne).
Pokrywy łożysk mocuje się do ramy fundamentowej silnika
szpilkami (rys.l.9a),c)), śrubami rozporowymi napinanymi mechanicz-
nie 7 (rys.l.9d)) lub hydraulicznie 8 (rys.l.9b)) i 2 (rys.l.9e)) We współ-
czesnych konstrukcjach szpilki dociąga się za pomocą pras hydraulicz-
nych, podobnych do pras używanych do napinania śrub ściągowych
silnika. Mocowanie pokryw z wykorzystaniem śrub rozporowych
pozwala na zmniejszenie rozmiarów tych pokryw, a w konsekwencji
rozstawu śrub ściągowych silnika Zmniejsza się przy tym również
moment gnący działający na pokrywę i belkę poprzeczną ramy
fundamentowej. Doprowadzenie oleju do łożyska odbywa się zawsze
poprzez najmniej obciążony jego fragment. W silnikach okrętowych
wolno- i średnioobrotowych olej zazwyczaj doprowadza się od góry
rowkiem (kanałem) pierścieniowym (obwodowym)  b" (rys.l.9a),c))
wykonanym na powierzchni roboczej górnej półpanewki, takim samym
kanałem  a" (rys. 1.9e)) w pokrywie łożyska 1, lub przez otwory w górnej
półpanewce i dalej kanałem obwodowym  b" na powierzchni łożyska W
pierwszym wypadku w celu doprowadzenia oleju wykorzystana jest rurka
8, połączona z łożyskiem, a w drugim - hydraulicznie napinane śruby 2.
W celu uproszczenia demontażu łożyska olej często doprowadzany jest
od dołu kanałem  e" oraz rowkiem  d" w obudowie (rys. 1 9b)) i dalej
wierceniami  c" i  b" we wkładkach do łożyska (górnej półpanewki) lub,
jak to pokazano na rysunku 1.9g), kanałem  d" w obudowie, kanałem
między obudową a półpanwią dolną i dalej przez wiercenia do górnej
połówki łożyska. Tam zostaje rozprowadzony rowkiem ,,b'" znajdującym
się na roboczej części górnego wkładu.
22
Zgodnie z teorią smarowania hydrodynamicznego, a także z powo-
du koncentracji naprężeń, rowki nie powinny się znajdować na wysoko-
obciążonej części roboczej. Jednak w celu zabezpieczenia stałego prze-
pływu oleju, w łożyskach korbowych wspomniane kanały wykonuje się
nie tylko w górnej, ale często i w dolnej części łożyska.
W silnikach wolnoobrotowych obciążenie łożyska w znacznym stop-
niu określają siły bezwładności pochodzące od mas biorących udział w
ruchu obrotowym. Dlatego też cała powierzchnia łożyska może być ob-
ciążona. Olej doprowadza się wówczas nie przez łożysko, ale
wierceniem w wale.
Podwieszone łożyska główne przejmują pełne ciśnienie gazów
spalinowych. Dlatego ich dolne połówki 1 są masywne, mocowane
śrubami 2 (rys. 1.10a)) lub pionowymi szpilkami 2 i poprzecznymi śruba-
mi 3 (rys. l.l0b)) do ramy fundamentowej silnika.
Rys.1.10. Podwieszone łożyska główne: a) z pokrywą dolną mocowaną
śrubami; b) z pokrywą dolną mocowaną pionowymi szpilkami z
poprzecznymi śrubami
23
W celu zabezpieczenia osiowego przesunięcia się wału korbowego
jedno z łożysk ramowych (od strony koła zamachowego lub kół zębatych
napędzających wał rozrządu) wykonuje się jako ustalające (promieniowo-
osiowe, co pozwala zachować normalne luzy podczas pracy silnika. Wał
korbowy nagrzewa się i wydłuża cieplnie bardziej niż rama funda-
mentowa silnika (wydłużenie każdego metra długości wału wynosi ok
0.01 mm/�C). Dlatego, aby zapewnić swobodę wydłużenia wału przy
jego nagrzewaniu w jednym kierunku, w łożysku ustalającym przewi-
dziany jest minimalny osiowy luz, a pozostałe łożyska główne wykonuje
się tak, aby ich długość była nieco mniejsza niż wymiar czopów
głównych wału. A
ożysko ustalające posiada, wylaną przeciwciernym
stopem, powierzchnię czołową oraz zdejmowane, oporowe pierścienie
lub segmenty, na których opierają się boczne płaszczyzny czopów wału.
A
ożysko ustalające nie jest przygotowane na działanie pędnika Dlatego
podczas pracy silnika na śrubę uwzględnia się ten fakt, wykorzystując
dodatkowe łożysko oporowe (oddzielne lub wbudowane w ramę fun-
damentową silnika). Jeżeli łożysko ustalające i oporowe występują ra-
zem, luz osiowy na tym ostatnim powinien być mniejszy.
1.4. STOJAKI SILNIKÓW
Stojaki służą do połączenia bloków cylindrowych z ramą fundamen-
tową w jedną, sztywną, konstrukcyjną całość i utworzenia zamkniętej
przestrzeni - karteru, dla mechanizmu korbowego silnika.
W silnikach wodzikowych stojaki wykonane są z oddzielnych ele-
mentów w kształcie litery A, ustawionych na poprzecznicach ramy fun-
damentowej silnika i przykryte z zewnątrz płytami stalowymi (rys.l.2a),
1.1 la)) lub stanowią konstrukcję skrzynkową (rys.l.2b), l.llb)). W sil-
nikach bezwodzikowych stojak stanowi najczęściej jedną spójną całość z
blokiem cylindrowym (można wówczas mówić o  stojaku-bloku").
Warunki pracy stojaków są następujące: jest to element obcią-
żony siłami ściskającymi pochodzącymi od napięcia śrub ściągowych
oraz siłami i momentami tych sił, które są efektem działania tłoka w
kierunku normalnym na ścianki cylindra lub działania wodzików na
prowadnice. Wobec braku śrub ściągowych będą to siły pochodzące od
działania ciśnienia gazów, a także wymienione już siły i momenty.
24
Stojaki wykonuje się ze stali i żeliwa. Spawane stojaki silników
wolnoobrotowych zazwyczaj wykonuje się ze stali (np.: 25, 30),
konstrukcje skrzynkowe są często odlewane z żeliwa.
W silnikach średnioobrotowych znajdują zastosowanie zarówno
konstrukcje odlewane żeliwne, jak i stalowe.
Rys.1.11. Stopki silników okrętowych: a) SULZER RD 76; b) B&W K90GF;
c) SULZER ZV 40/48; d) SULZER BAH22
25
Spawana konstrukcja stojaków obniża łączną masę silnika i uprasz-
cza prowadzenie prac remontowych. Obniżenie masy stojaków, z uwagi
na to, że stanowią one znaczny procent masy całego silnika (wysokość
stojaków dochodzi do 4 m, a szerokość do 3 m), było bardzo wskazane i
dlatego wprowadzono konstrukcje spawane. Pozwoliło to również na
odejście w niektórych konstrukcjach silników od stosowania ściągów,
które są konieczne w konstrukcjach żeliwnych, gdyż żeliwo nie przenosi
dużych naprężeń rozciągających. Jednakże w konstrukcjach spawanych,
szczególnie dużych silników wolnoobrotowych, nadal występują śruby
ściągowe, ponieważ niektóre spoiny mogłyby nie wytrzymać zmiennych
naprężeń rozciągających.
Konstrukcje spawane mają również wady: szwy spoin są wrażliwe
na korozję, szwy leżące prostopadle do kierunku działania sił z
le pracują
na rozrywanie.
Na zewnętrznej stronie stojaków w dużych silnikach wodzikowych
montuje się pomosty umożliwiające załodze łatwy dostęp do
kontrolowanych miejsc silnika. Do stojaków mogą być też mocowane
pompy wtryskowe oraz wsporniki służące do ułożyskowania wału
rozrządu i jego napędu.
Stosując kryterium konstrukcyjne można mówić o stoja-
kach składanych i wykonanych w całości. Konstrukcja z elemen-
tów w kształcie litery A (element 1 - rys. 1.1 la)), to uproszczenie wykona-
nia, ale sztywność wzdłużna jest w tym wypadku niewielka. Dlatego też, aby
zwiększyć sztywność, używa się skrzynkowych lub dwuteowych
kształtowników, często z szeregiem żeber wzmacniających. Położenie sto-
jaków na ramie fundamentowej ustala się specjalnymi kołkami i śrubami. W
górnej części montuje się przegrody, oddzielające karter od komór
podtłokowych. Otwory w tych przegrodach są wyposażone w specjalne
dławice, aby umożliwić przejście trzonów tłokowych. Do stojaków moco-
wane są prowadnice wodzików 2 (rys. 1.1 la)), które przejmują siły dzia-
łające na wodzik. Prowadnica to stalowa lub żeliwna płyta, wzmocniona
po przeciwnej stronie specjalnymi żebrami usztywniającymi konstrukcję
W celu umożliwienia załodze statku oględzin karteru i elementów
mechanizmu korbowego w stojakach wykonuje się szereg otworów i
luków przykrywanych drzwiami lub pokrywami.
Stojaki skrzynkowe wykonane w całości (rys.l.2b)), a także
składane zarówno w kierunku pionowym, jak i poziomym, charakteryzują
26
się dużą sztywnością i mniejszą liczbą śrubowych połączeń. Zapewnia to
dobrą szczelność karteru i upraszcza montaż silnika.
Stojaki w silnikach bezwodzikowych, w celu uzyskania dużej sztyw-
ności, wykonuje się w całości z blokiem cylindrowym (rys. 1.l1c),d)).
Przyjmuje się takie rozwiązania, aby uzyskać równomierny rozkład
naprężeń i minimalne odkształcenie wszystkich elementów stojaka. Na
przykład, w konstrukcji pokazanej na rysunku 1.1 Id) (silnik SULZER ZV
40/48) śruby 1 przekazują do stojaka poziomą składową siły działającej
na łożysko 2.
W czasie pracy silnika powietrze w karterze nasyca się parami oleju
i może utworzyć się mieszanina wybuchowa. Wobec przegrzania
dowolnego elementu silnika lub po przedostaniu się gazów spalinowych
z cylindra do karteru koncentracja tych olejowych oparów będzie szybko
rosła i powstanie niebezpieczeństwo wybuchu. W celu zabezpieczenia
karatem silnika przed wzrostem ciśnienia powyżej atmosferycznego oraz
umożliwienia wydalania par oleju, aby nie dochodziło do ich kon-
centracji, przewiduje się w konstrukcji silnika możliwość wentylacji. Rura
wentylacyjna, w której znajduje się oddzielacz oleju i specjalna siatkowa
przegroda płomieniowa, zazwyczaj wyprowadzona jest na górny pokład
lub do przedziału maszynowego. Na podstawie obserwacji intensywności
opuszczania przez rurę par oleju można wnioskować o przegrzewaniu
się par ciernych silnika. W celu zabezpieczenia silnika w wypadku
wybuchu par oleju w stojakach na pokrywach luków montowane są
specjalne zawory bezpieczeństwa - najczęściej sprężynowe (1 na
rys. 1.1 Id)). Ich sumaryczny przekrój czynny powinien zabezpieczać
szybki spadek ciśnienia w karterze. We współczesnych konstrukcjach
silników okrętowych koncentracja par oleju jest automatycznie
kontrolowana przez specjalne detektory (np. GRAWINER).
1.5. BLOKI CYLINDROWE
Bloki cylindrowe należą do najbardziej obciążonych elementów
silnika. Ich funkcja polega na stworzeniu (wraz z tłokami i głowicami)
przestrzeni, w których realizowany będzie cykl roboczy silnika. Na rysun-
ku 1.12 pokazany jest przykład takiego bloku cylindrowego - w tym wy-
27
Rys.1.12. Blok cylindrowy silnika SEMT PIELSTICK PC2-400
28
padku - silnika SEMT PC2-400 firmy PIELSTICK. Składa się on z płasz-
cza 2 ustawionego na stojaku 1 i tulei cylindrowej 3. Przestrzeń 7
między płaszczem bloku, a tuleją cylindrową jest obszarem omywanym
wodą chłodzącą, która dopływa do dolnej części tej przestrzeni, po czym
płynąc w górę omywa tuleję, a następnie przechodzi króćcem 4 i
rurkami 5 do przestrzeni chłodzących głowicy. Do osadzenia tulei w
bloku wykonano specjalny kołnierz 6 i powierzchnie ustalające 8. W2-
suwowych silnikach okrętowych ze szczelinową wymianą ładunku w
bloku cylindrowym znajdują się specjalne płaszczyzny, do których
podłączone są odpowiednie kolektory powietrzne i gazowe.
Bloki cylindrowe silników wyposażonych w śruby ściągowe,
obciążone są siłami ściskającymi.Przy braku tych śrub dominują naprę-
żenia rozrywające blok, pochodzące od sił ciśnienia gazów działających
na tłok i tuleję cylindrową.
Materiałami najczęściej stosowanymi do wykonywania bloków
cylindrowych są: żeliwo, żeliwo modyfikowane, a czasami stal lub stopy
aluminium.
Wymagana sztywność bloku osiągana jest przez stosowanie grubych
ścianek (często dodatkowo ożebrowanych), użycie śrub ściągowych,
wykonanie wspólnych bloków dla kilku układów cylindrowych, a nawet
jednoczęściowego bloku obejmującego silnik w całości.
Konstrukcja silnika, w której bloki cylindrowe są indywidualne, cha-
rakteryzuje się prostotą wykonania, daje możliwość zamiany bloków,
jednakże tylko zblokowana budowa daje dostateczną, niezbędną sztywność
całej konstrukcji, ponadto zmniejsza ona długość silnika i jego masę. Te
zalety okupione są jednak bardzo złożoną technologią wykonania.
1.6. TULEJE CYLINDROWE
Tuleje cylindrowe w silnikach okrętowych to przede wszystkim
wstawiane tzw. tuleje mokre. Można jednakże spotkać również tuleje
suche. Podstawowe zalety tych pierwszych to bardzo znaczne ogra-
niczenie występowania naprężeń rozciągających, z powodu niewielkiego
nagrzewania się ścianek cylindra (naprężenia takie mogą powstać przy
wydłużeniu cieplnym tulei w czasie pracy silnika), dobre oddawanie
ciepła od powierzchni roboczej do wody chłodzącej, możliwość wy-
29
konywania tulei z materiału bardziej wytrzymałego i odpornego na zużycie
niż materiał bloku cylindrowego oraz stosunkowo duża prostota wykonania i
remontu cylindra.
Podstawowymi mankamentami tulei cylindrowych są: konieczność usz-
czelnienia przestrzeni płaszcz-tuleja oraz możliwość korozji i erozji na
powierzchniach chłodzonych.
W małych szybkoobrotowych silnikach okrętowych mogą być zasto-
sowane wstawiane tuleje suche, a czasami nawet tuleje bezpośrednio
roztoczone w bloku. Tuleje suche stanowią cienkościenne elementy za-
prasowane w chłodzonym bloku. Są one proste w wykonaniu, nie
wymagają uszczelnienia i nie korodują. W porównaniu jednak z tulejami
mokrymi gorsza jest w nich wymiana ciepła między roboczą częścią tulei
a wodą chłodzącą, spowodowana dwuwarstwową ścianką cylindra.
Trudniejszy do wykonania jest również blok cylindrowy.
Warunki pracy tulei cylindrowej są następujące: jest narażona na
działanie dużych mechanicznych i termicznych naprężeń, jej powierzch-
nia robocza zużywa się trybologicznie, a powierzchnia chłodzona ulega
korozji chemicznej i elektrochemicznej oraz erozji kawitacyjnej.
Obciążenia mechaniczne tulei cylindrowej powstają na skutek
działania ciśnienia gazów, siły normalnej przenoszonej przez tłok w
silnikach bezwodzikowych i siły napięcia szpilek mocujących głowicę.
Ciśnienie gazów pz (rys. 1.13a)) wywołuje w ściance tulei napręże-
nia rozciągające (gdzie: D - średnica cylindra,- grubość
ścianki tulei) i ściskające
Siła normalna N (rys.l.l3b)) wywołuje naprężenia zginające (naj-
większy moment zginający i drgania tulei spowodo-
wane zmiennością siły co do kierunku i wartości.
Od siły napięcia P szpilek mocujących (rys. 1.13b)) w niebezpiecz-
nym przekroju x-x kołnierza oporowego tulei powstają bardzo złożone
naprężenia: rozciągające - od siły P , ścinające - od siły Pt i zginające -
n
od momentu Podobny stan naprężeń będzie występował w
przekroju y-y oporowego występu bloku cylindrowego.
Naprężenia temperaturowe w tulei wywołane są działaniem
gorących gazów i dodatkowym nagrzewaniem się pierścieni tłokowych
w wyniku tarcia. Wysoka temperatura górnej części gładzi tulei cylin-
drowej znacznie pogarsza warunki smarowania i może sprzyjać inten-
sywniejszemu zużywaniu się tulei oraz pierścieni. W każdym cyklu robo-
30
czym do powierzchni tulei doprowadzany jest strumień ciepła od gazów
spalinowych o temperaturze tg, a od zewnętrznej powierzchni
odprowadzone jest ciepło do wody chłodzącej o temperaturze t
w
(rys. 1.13d)). W rezultacie w ścianie tulei następuje spadek temperatury
, powodujący w niej powstawanie naprężeń cieplnych.
Ponieważ gorące warstwy materiału od strony gazu wydłużają się, a
chłodniejsze - po stronie wody skracają, w warstwach wierzchnich
powstają naprężenia ściskające, a w dalszych - rozciągające.
Rys.1.13. Warunki pracy tulei cylindrowych silników okrętowych:
a), b), c) działanie obciążeń mechanicznych; d), ej działanie obciążeń
temperaturowych
31
Znaczna asymetria temperaturowa na długości tulei (temperatury w
górnych jej partiach są wyższe aniżeli w położonych niżej) i na obwodzie
(temperatura po stronie wydechu - wyższa niż po stronie dolotu
świeżego ładunku - szczególnie w silnikach dwusuwowych ze
szczelinowym sposobem wymiany ładunku) powoduje nierównomierne,
promieniowe i osiowe deformacje tulei (rys.l.l3e)). Rezultatem tego jest
skrzywienie jej osi symetrii, a także deformacja gładzi i powstanie
dodatkowych naprężeń temperaturowych.
Naprężenia sumaryczne, które przenosi ścianka tulei cylindrowej są
równe to jest sumie naprężeń mechanicznych i cieplnych
Wraz ze wzrostem grubości ścianki obniża się wartość , ale rośnie
. Dla każdej średnicy cylindra określa się więc optymalną grubość jego
ścianek, której odpowiadają minimalne wartości naprężeń sumarycznych
Konstrukcji tulei cylindrowych stawiane są następujące podstawowe
wymagania: wysoka wytrzymałość, dobre chłodzenie szczególnie górnej
części, przy możliwie małych spadkach temperatur w ściance, mała nie-
równomierność odkształceń promieniowych i osiowych, szczelność po-
wierzchni, włącznie ze stykiem: tuleja - płaszcz wodny korpusu i tuleja -
głowica, z jednoczesnym zachowaniem swobody rozszerzalności
wzdłużnej i promieniowej.
Materiał na tuleje cylindrowe powinien wykazywać odporność na zużycie
ścierne, a także być żaroodporny i mieć dobre właściwości prze-
ciwcierne (ślizgowe).
Jednoczesne spełnienie wszystkich wymienionych warunków nie za-
wsze jest możliwe i dlatego ostateczna forma tulei jest swego rodzaju
konstrukcyjnym kompromisem.
Materiałami, z których wykonuje się tuleje cylindrowe są najczęś-
ciej żeliwo z dodatkami stopowymi - tytanem, chromem, niklem, wana-
dem lub żeliwo perlityczne i austeniczne. W silnikach szybkoobrotowych
mogą znajdować się tuleje wykonane ze stali stopowych.
W celu podwyższenia odporności na zużycie żeliwne tuleje silników
średnio- i szybkoobrotowych pokrywa się porowatą warstwą chromu, a
stalowe - azotuje. W celu ochrony przed erozją i korozją zabezpieczona
zostaje również część zewnętrzna, chłodzona. Do najpopularniejszych
zabiegów tego typu należy. pokrywanie powierzchni specjalnymi
farbami, lakierami, chromowanie i kadmowanie. Na powierzchni ro-
boczej często wykonywana jest specjalna  siatka" w postaci mikrorow-
32
Rys.1.14. Tuleje cylindrowe silników czterosuwowych. a i b) średniej i małej
mocy, c) B i W 450H; d) SULZER 240/48; ej MAN W 52/55
33
ków albo linii śrubowej biegnącej z odstępem 12-15 mm i o głębokości
0.03-0.06 mm. Ma to ułatwiać prowadzenie procesu docierania nowej
tulei, pierścieni tłokowych i pozwala na wizualną ocenę stanu zużywania się
tulei dokonywaną przez okna wymiany ładunku.
Rys. 1.15. Tuleje cylindrowe silników dwusuwowych z przepłukaniem
wzdłużnym: a) firmy B i W, b) szczelinowym
Przykładowe konstrukcje tulei cylindrowych pokazane są na rysun-
kach 1.14, 1.15 i 1.16. W górnej części tuleje są często znacznie pogru-
bione - 1 (rys.l.l4a), 1.15a)) i dzięki temu wykonuje się kołnierz 2, który
opiera się o odpowiedni występ płaszcza korpusu 11 lub blok cylindrowy 3.
Od góry tuleja dociskana jest występem głowicy 9 (szczegół I na rys.l,14a)).
34
Swobodna promieniowa i osiowa rozszerzalność tulei zapewniona jest
przez sztywne utwierdzenie tylko wyżej wymienionego kołnierza, z pozo-
stawieniem odpowiednich luzów promieniowych i (patrz
rys.l.l4a),b) i 1.15a)) Chroni to blok cylindrowy przed rozerwaniem, a
gładz
tulei cylindrowej - przed niebezpiecznymi deformacjami (przy na-
grzewaniu tuleja rozszerza się bardziej niż blok cylindrowy).
Uszczelnienie płaszcza wodnego w górnej części uzyskuje się przez
docieranie odpowiednich powierzchni kołnierza tulei i właściwego wy-
stępu bloku cylindrowego, z równoczesnym wykorzystaniem mas usz-
czelniających. Czasami pod kołnierz wkładana jest wyżarzana uszczelka
miedziana. W wysokoobciążonych silnikach średnioobrotowych w celu
uszczelnienia i zabezpieczenia wspomnianego połączenia przed korozją
wstawiany jest w tym miejscu pierścień gumowy 3 (rys. 1.14c),d)). Uszczel-
nienie powierzchni tulei i głowicy narażonych na penetrację gazów spa-
linowych realizuje się przez docieranie lub wstawianie w specjalne pod-
tłoczenie 3 (rys.l.l4a)) podkładki z miękkiej stali lub wyżarzonej miedzi.
W celu zmniejszenia naprężeń zginających (najbardziej niebezpiecznych
dla żeliwa) należy w kołnierzu tulei zmniejszyć wartość ramienia 1
(rys.l.l3c)), czyli pierścieniowe wytoczenie wykonać nad oporową
częścią kołnierza tulei. Przy 1 =0 w niebezpiecznym przekroju będą
działać tylko naprężenia ścinające, jednakże wzrosną naprężenia w
powierzchni oporowej bloku, głowicy cylindrowej i szpilkach ją
mocujących. Dlatego położenie wspomnianego pierścieniowego
wytoczenia ustala się, biorąc pod uwagę minimalną wartość naprężeń
we wszystkich wymienionych elementach tego węzła.
W celu niedopuszczenia do powstawania w tulei - na skutek wypra-
cowania - występu, który utrudniałby demontaż tłoka i niszczył pier-
ścienie tłokowe, w górnej jej części wykonuje się specjalne roztoczenie o
postaci cylindrycznej lub stożkowej (prawa i lewa strona tulei na
rys.l.l4a)). Jednakże takie roztoczenie tulei powoduje, że gazy spali-
nowe mają znacznie łatwiejszy dostęp do górnego pierścienia tłoko-
wego, powodując jego nadmierne nagrzewanie. Dlatego we wszystkich
współczesnych konstrukcjach - zamiast wspomnianego roztoczenia -
częściej stosuje się wąski kanał, który powstrzymuje zbyt swobodny
dostęp gazów do pierścienia (rys.l.l4b),c),d) i 1.15a))
W silnikach czterosuwowych, aby umożliwić zaworom normalne
warunki pracy (szczególnie wówczas, gdy grzybki zaworowe wychodziły
35
poza średnicę wewnętrzną cylindra) i zmniejszyć dławienie przepływu
strumienia gazów spalinowych oraz powietrza doładowującego, w górnej
części tulei mogą być wykonane specjalne  kieszenie" 4 (rys. 1.14a))
Wówczas tuleja wstawiana jest w blok w ściśle określonej pozycji, którą
ustalają specjalne znaki lub kołki ustalające 5.
Górna część tulei cylindrowej przejmuje największe obciążenia
cieplne i mechaniczne. Warunki chłodzenia są w tym miejscu najtrud-
niejsze z powodu masywnego kołnierza i pogrubionej ścianki. Dlatego
też, aby poprawić chłodzenie tej części i obniżyć jej obciążenie cieplne,
konstruktorzy stosują obecnie następujące zabiegi:
1. Kołnierz oporowy 11 bloku (rys. 1.14a)) wzmacnia się
specjalnymi żebrami 12, wodę doprowadza się z płaszcza wodnego do
głowicy wewnętrznymi rurkami 7, uszczelnionymi gumowymi
pierścieniami 8. Daje to możliwość doprowadzenia wody znacznie
wyżej, a więc i lepszego schłodzenia tej strefy.
2. Górną część tulei cylindrowej wykonuje się z obwodowymi
żebrami 2 (rys.l.l6a)), dzielącymi przestrzeń wodną na kanały 1, w któ-
rych przepływa woda. Na skutek zmniejszenia przekrojów czynnych
rośnie prędkość wody w i wraz z nią - współczynnik oddawania ciepła
w
od ścianki tulei do wody.
3. Na spiralnych żebrach 1, w górnym obszarze tulei (rys. 1.16d))
lub na całej jej długości (rys. 1.14b)) montuje się dodatkowo tuleję
cienkościenną (koszulkę) 2. Odprowadzenie ciepła intensyfikuje się
dzięki dużej prędkości przepływu wody chłodzącej w spiralnych kanałach
i powiększonej powierzchni wymiany ciepła. Żebra podnoszą również
sztywność tulei, co pozwala zmniejszyć grubość jej ścianek i obniżyć
wydatnie naprężenia cieplne. Jeżeli omawiana koszulka znajduje się na
całej długości, to blok cylindrowy jest izolowany od wpływu wody
chłodzącej i nie narażony na korozyjne i erozyjne zużycie
4. W silnikach dwusuwowych ze wzdłużnym szczelinowym przepłu-
kaniem (rys. 1.15b)) żebra wykonuje się dla górnej części tulei 1 schła-
dzanej powietrzem przepłukującym. Intensywne chłodzenie części
środkowej, stanowiącej komorę spalania, uzyskuje się dzięki wzdłużnym
żebrom 2, zwiększającym powierzchnię wymiany ciepła i prędkość
przepływu wody chłodzącej.
36
5. Kołnierz tulei ustawia się nie na oporowym występie bloku cylin-
drowego, ale na żeliwnej 1 (rys. 1.16c)) lub stalowej 2 (rys. 1.16b))
tulejowej wstawce (pierścieniu), co pozwala wynieść komorę spalania
poza obszar bloku akumulującego ciepło i polepszyć chłodzenie ścianek
tulei. Rozwiązanie to daje również możliwość obniżenia wysokości bloku,
a więc i masy silnika. Stalowy pierścień przenosi również obciążenia
mechaniczne. Luz między nim, a występami tulei w czasie pracy silnika
zostaje wybrany (promieniowe rozszerzanie się tulei cylindrowej), po
czym pierścień przejmuje obciążenie pochodzące od działania sił gazo-
wych dążących do rozerwania tulei. Taka konstrukcja pozwala obniżyć
temperaturę gładzi tulei, zmniejszyć, nawet o 50%, naprężenia mecha-
niczne i termiczne; zabezpiecza ona również blok cylindrowy przed
rozerwaniem podczas nadmiernego rozszerzania się tulei na skutek jej
przegrzania (podatność takiego pierścienia jest znacznie większa aniżeli
bloku cylindrowego). Podstawową wadą omawianego rozwiązania są
trudności eksploatacyjne z utrzymaniem zadanego luzu między pierście-
niem i występami (żebrami) tulei.
6. Kołnierz tulei bywa wzmacniany przez naciąganie na niego na
gorąco stalowej obręczy 4 (rys.l.l5a) - węzeł II), w samym zaś kołnierzu
wykonuje się kanały 5, w których cyrkuluje woda chłodząca.
7. Na kołnierz tulei i jej górną część z pierścieniowymi żebrami ze
wstępnym zaciskiem montuje się ożebrowany stalowy pierścień - bandaż 2
(rys.l.l6b)), co pozwala na: wykonanie cienkich ścianek tulei, poprawę
chłodzenia, obniżenie naprężeń cieplnych i mechanicznych, zmniejszenie
deformacji kołnierza. Obwodowe podtoczenie w kołnierzu, przykryte sta-
lowym, składanym pierścieniem 1, tworzy przestrzeń chłodzącą kołnierza.
8. Kołnierz tulei wykonuje się w formie wysokiego, grubo-
ściennego, okrągłego pasa, mogącego przejmować bardzo duże
obciążenia mechaniczne pochodzące od działania gazów spalinowych.
Cyrkulacja słodkiej wody chłodzącej odbywa się w specjalnych kanałach,
wykonanych jako otwory przechodzące pod pewnym kątem do
tworzącej cylindra i przecinające się z promieniowymi wierceniami
wykonanymi w górnej części tulei (rys.l.l4c),d)) lub przecinające się z
otworami prowadzonymi pod pewnym kątem do osi cylindra
(rys.l.l4e)). Dzięki temu możemy doprowadzić wodę praktycznie
bardzo blisko gładzi tulei, a więc istotnie obniżyć jej temperaturę. Grube
ścianki po zewnętrznej stronie (poza kanałami chłodzącymi) pozostają
37
chłodne. Omawiany w tym miejscu kołnierz ma dużą sztywność i jest
doskonałym podparciem dla głowicy. Woda chłodząca z opisanych
wierceń dociera do pierścienia zbiorczego 1 (rys.l.l4e),f)), umoco-
wanego do kołnierza tulei, i dalej, przelotowymi rurkami 2, przepływa
do głowicy. W celu intensywnego i równomiernego ochłodzenia
gazowego styku tulei z głowicą, a także wewnętrznej ściany głowicy,
woda doprowadzana jest specjalnym kołnierzem 1 (rys.l.l4d))
uszczelnionym pierścieniami gumowymi 2.
9. W górnej części tulei cylindrowej od strony komory spalania
montuje się specjalny żarowy (ogniowy) pierścień 1 (rys.l.l6e)) chro-
niący ją przed bezpośrednim działaniem płomieni. W najnowszych kon-
strukcjach silnika pierścienie takie występują już sporadycznie, ponieważ
nagar wypełniający przestrzeń między pierścieniem ogniowym a tuleją
znacznie ograniczał możliwości odbioru ciepła, w wyniku czego docho-
dziło do przegrzania się pierścienia, korozji wanadowej, nadmiernego
obciążenia cieplnego i mechanicznego, a w dalszej konsekwencji do
pękania pierścienia.
Dolna część tulei silników czterosuwowych zawiera często gruby,
cylindryczny kołnierz (rys. 1.14a) - węzeł III; c) - węzeł II).
Luz promieniowy między kołnierzem i blokiem przy nagrze-
waniu się powinien zapewnić swobodę odkształcania się tulei.
W silnikach bezwodzikowych tuleja wystaje do karteru. Pozwala to
wówczas obniżyć wysokość silnika. Dla korbowodu, w płaszczyz
nie jego
pracy, wykonuje się w tulei specjalne wycięcia 6 (rys.l.l4a),c)). W po-
grubionej, dolnej części tulei silników dwusuwowych wykonuje się okna
wymiany ładunku (rys.1.15 i 1.16). Do oceny stanu gładzi tulei,
pierścieni tłokowych i do czyszczenia okien wymiany ładunku z nagaru
w ściance tulei często wykonuje się specjalny dodatkowy otwór, który
następnie zostaje przykryty zaślepką  d" (rys.l.l6a),e)). Uszczelnienie
dolnej części tulei w silnikach czterosuwowych i dwusuwowych z
przepłukaniem wzdłużnym (szczelinowo-zaworowy system przepłukania)
zapewnia stosowanie pierścieni gumowych 13 (rys.l.l4a) - węzeł III), 4
(rys.l.l4c) - węzeł II), 6 i 8 (rys.l.l5a) - węzeł II i III) lub dławicy
uszczelniającej 14 z dociskową tuleją 15 (rys,1.14a) - węzeł III). Gumo-
we pierścienie o przekroju kołowym - z pewnym napięciem - zakłada
się w rowki wytoczone w pogrubionym obszarze tulei. Wspomniana
38
Rys.1.16. Tuleje cylindrowe dwusuwowych silników okrętowych ze
linowym układem przepłukania: a) MAN KZ70/120, b) MAN KSZ 105/180;
c) SULZER SD72; d) D30/50; e) SULZER RD76
39
dławica jest rozwiązaniem, które pozwala na eliminowanie ewentualnych
przecieków wody chłodzącej bez konieczności demontowania tulei.
W silnikach dwusuwowych z przepłukaniem szczelinowym, obszar
okien wymiany ładunku oddziela się i uszczelnia pierścieniami gumo-
wymi 3, 5 (rys.l.l6e)) lub pierścieniami 3 (rys.l.l6a)), a od strony gazu
miedzianym pierścieniem 6, osadzonym na wcisk w centrującym wy-
stępie bloku silnika. Dolny punkt obsadzenia tulei w bloku uszczelniają
również pierścienie gumowe 7 (rys.l.lóe)).
W celu kontroli stanu uszczelnień wodnych i sygnalizacji przecieków
wody, często wytacza się dodatkowo specjalny, zbiorczy kanał 5
(rys.l.l4c)), 4 (rys.l.l6a),e)), połączony ze specjalnymi otworami  c" w
płaszczu. W silnikach ze wzdłużnym przepłukaniem jakość uszczelnienia
jest kontrolowana poprzez obwodowy luz 9 (rys,1.15a) - węzeł III)
między sztucerem olejowym 7, a blokiem cylindrowym. Kłopoty z
górnymi uszczelnieniami 6 muszą spowodować wyciek wody. Jeżeli
uszczelnienie 8 pracuje wadliwie, we wspomnianej szczelinie 9 pojawia się
powietrze doładowujące. Wreszcie, jeżeli dojdzie do naruszenia połączenia
sztucer - tuleja, mogą się pojawić: olej cylindrowy lub gazowy z cylindra.
Zmniejszenie nierównomierności promieniowych i osiowych defor-
macji tulei, w celu zapobieżenia skrzywieniu osi i skażeniu formy gładzi
tulei, osiągają konstruktorzy, stosując między innymi następujące
zabiegi:
1. W rejonie okien wymiany ładunku średnicę tulei zwiększa się o
około 0.3-0.4 mm przez mimośrodowe wytoczenie  mostków" po-
między oknami (rys.l.l6a)). Profil tego roztoczenia określa się w przybli-
żeniu, jako że i kształt gładzi tulei w czasie pracy też nie jest do końca
znany. Skutkiem tego po nagrzaniu mogą powstać zniekształcenia gładzi
(szczególnie w rejonie przejścia wytoczenia w powierzchnię bazową),
które powodują stopniowe wypracowywanie się tulei
2. Od jednego lub dwóch wylotowych okien tulei do jej końca
wykonuje się skośne przecięcie, pozwalające na deformację tulei w
obszarze okien, w kierunku tego przecięcia, bez niebezpieczeństwa
zmiany kształtu powierzchni ślizgowej (rys.l.l6c)).
3. Na zewnętrznej powierzchni oporowego obszaru tulei (naprzeciw
obszaru okien dolotowych i wylotowych) wykonuje się wycięcia, których
celem jest bardziej równomierny rozkład materiału tulei na obwodzie i
obniżenie odkształceń cieplnych).
40
4. Występ bloku cylindrowego (rys.l.l6c) punkt osadzenia) lub
tulei (rys. 1.16e) - węzeł I) wykonuje się jako sprężysty (podatny). W
rezultacie następuje poprawa warunków pracy uszczelnienia obszaru
okien, co zapobiega deformacjom części ślizgowej tulei przy promie-
niowym rozszerzaniu się.
5.  Mostki" między oknami (szczególnie wylotowymi) mogą być
chłodzone wodą przepływającą z dołu do góry wierceniami  e" w most-
kach (rys.23e)) lub z górnej części w dół rurkami 4 (rys.l.lób)) Obniża to
znacznie nierównomierność zarówno promieniowych, jak i osiowych od-
kształceń tulei, a także temperaturę gładzi w obszarze okien wylotowych.
6. Tuleje są składane, z luzem między dolną, a górną częścią
(rys.l.l6a),b),c)) lub bez niego. Górna część chłodzona jest wodą, a
dolna wodą lub powietrzem doładowującym. Składana tuleja ma
mniejsze odkształcenia osiowe, charakteryzuje się większą sztywnością,
mniejszymi drganiami części dolnej (część dolna sztywno mocowana do
korpusu poprzez kołnierz lub specjalny pierścień osadczy) Przecięcie -
płaszczyzna łączenia dwóch części tulei bywa prosta lub falista. Linia
falista pozwala na płynne przechodzenie pierścieni tłokowych w tym
obszarze i zabezpiecza je przed łamaniem, jednak z punktu widzenia
technologii wykonania jest to rozwiązanie trudniejsze.
Smarowanie tulei cylindrowych w silnikach bezwodzikowych
zazwyczaj odbywa się rozbryzgowo; z dolnej części olej jest zabierany
dalej przez pierścienie tłokowe. W silnikach średnioobrotowych dużej
mocy często przewidziane jest indywidualne smarowanie przez system
lubrykatorowy (rys.l.l4c),d),e)). W dwusuwowych silnikach bezwodziko-
wych lubrykatorowy system smarowania jest konieczny, ponieważ wy-
stępują w nich wyższe obciążenia cieplne, a w okolicach okien wymiany
ładunku dochodzi do zrywania filmu olejowego.
W silnikach wodzikowych stosuje się tylko układy smarne
przepływowo-kroplowe, w których dolot oleju wymuszony jest
lubrykatorami. Olej dociera na gładz
tulei przez sztucery 7 (rys.l.l5a) -
węzeł III), 3 i 2 (rys.l.l6b,c)), które są wkręcone w tuleję W silnikach
wcześniejszych konstrukcji olej docierał na gładz
przez specjalne
promieniowe i osiowe kanały prowadzone od górnego kołnierza tulei
(rys.l.16a)).
Przed cylindrem występuje zawór zwrotny zabezpieczający
przewody olejowe przed penetracją gazów spalinowych Jednak z uwagi
41
na dość dużą odległość między zaworem zwrotnym a punktem  a"
wejścia oleju na gładz
olej pozostaje przez długi okres w obszarze
wysokotemperaturowym i podlega działaniu gorących gazów przeni-
kających do kanałów olejowych. W rezultacie olej łatwo koksuje, tworzą
się nagary, które w skrajnym przypadku doprowadzą do zarośnięcia ka-
nałów olejowych. Tak więc jedyną zaletą tego rozwiązania jest uwolnie-
nie się od konieczności przechodzenia sztucera przez płaszcz wodny.
W celu równomiernego rozprowadzenia oleju na obwodzie tulei
wykonuje się w niej, w rejonie otworów olejowych, specjalne rowki
(rowki b - rys.l.l4c), 1.15a), 1.16b),e)) lub łączy się te otwory kanałem
w kształcie  piły" (rys.l.lóa)). Rozłożenie otworów olejowych zależy od
całego szeregu czynników, w tym obciążenia silnika, liczby suwów przy-
padających na cykl pracy, a także zespołu czynników trybologicznych.
1.7. GA
OWICE
Głowica jest elementem silnika, który służy do szczelnego zamknięcia
przestrzeni roboczej cylindra, kształtuje od góry komorę spalania, służy do
rozmieszczania różnorodnej armatury, w tym zaworów i wtryskiwacza.
W silnikach czterosuwowych głowica składa się z tzw. dna ogniowego 1
(rys. 1.17a)) i górnego 3, połączonych z sobą pionowymi ściankami i
gniazdami: 5- dla osadzenia wtryskiwacza, 4- zaworów dolotowych, 6- za-
worów wylotowych, a także gniazda zaworu rozruchowego i bezpieczeń-
stwa. W głowicy wykonane są powietrzne i gazowe kanały oraz przestrze-
nie chłodzące, często o bardzo złożonym kształcie.
Głowice silników czterosuwowych i dwusuwowych ze szczelinowo-za-
worowym sposobem przepłukania (rys.l 17c),d)) są do siebie podobne
pod względem konstrukcyjnym. Silniki dwusuwowe z przepłukaniem
wzdłużnym szczelinowym, nie posiadają głowic. Konstrukcja głowicy
silnika dwusuwowego z przepłukaniem przez okna wymiany ładunku jest
prostsza, ponieważ nie ma w niej zaworów dolotowych i wylotowych.
Warunki pracy głowicy można scharakteryzować następująco: Jest
ona poddawana działaniu dużych obciążeń mechanicznych i termicznych.
Obciążenia mechaniczne powstają pod wpływem ciśnienia gazów i
siły napięcia śrub głowicowych. Niebezpieczne przekroje w głowicy to
obszary przechodzące przez otwory pod zawory.
42
Rys.1.17. Głowice czterosuwowych silników okrętowych i dwusuwowych z
rozrządem szczelinowo-zaworowym: a) SULZER ZL 40/48, b) B&W 45MTBH40;
c) B&W VT2BF 74/160, d) B&W L90GF
43
Rys.1.18. Głowice dwusuwowych silników okrętowych ze szczelinowym
sposobem przepłukiwania: a) MAN KZ 57/80, b) MAN KZ 70/120, c) MAN KSZ
150/180A, d) SULZER RND 105, e) SULZER RLA 90
Naprężenia temperaturowe wywołane są bezpośrednim stykiem
ogniowego dna głowicy z gorącymi gazami. Nagrzewanie się tej powie-
rzchni obniża jej wytrzymałość, a gradienty temperatur na jej grubości
wywołują naprężenia cieplne.
Konstrukcji głowicy stawia się szereg konkretnych wymagań, od
których spełnienia zależy jej niezawodna praca. Najważniejsze z nich to:
44
- jak najmniejsze naprężenia w dnie ogniowym,
- swoboda rozszerzalności cieplnej najbardziej nagrzewających się
obszarów,
- możliwie prosty i symetryczny kształt w celu uzyskania równo-
miernego rozkładu temperatur i obniżenia naprężeń, które mogą być
wywołane różną prędkością nagrzewania się i stygnięcia ścianek
głowicy,
- duże przekroje czynne zaworów dolotowych i wylotowych,
- optymalny kształt komory spalania, zgodny z przyjętym syste-
mem tworzenia mieszaniny paliwowo-powietrznej i układem wymiany
ładunku, prowadzący również do mniejszych obciążeń cieplnych górnej
części tulei cylindrowej.
Materiał na głowice powinien być odporny na działanie wyso-
kich temperatur, posiadać mały współczynnik rozszerzalności liniowej i
dużą wartość współczynnika przewodzenia ciepła Głowice silników
wolnoobrotowych wykonuje się z ulepszonej stali, na przykład molibde-
nowej lub chromowo-niklowej. Do produkcji głowic silników średnio-
obrotowych służą najczęściej żeliwa stopowe z dodatkami molibdenu,
chromu, niklu, ale może to być również żeliwo surowe. W silnikach
szybkoobrotowych używa się żeliwa, a także stopów aluminiowych.
Ogniowa część głowicy powinna być wykonana ze stali stopowej, a
górna część z żeliwa lub stali (np.: St 5, 35).
Przykładowe konstrukcje głowic pokazano na rysunkach 1.17 i
1.18. W silnikach wolno- i średnioobrotowych głowice są indywidualne
dla każdego cylindra, a w szybkoobrotowych - poza wymienionymi -
mogą być zblokowane.
Ze względu na kształt można wyróżnić głowice czworokątne,
sześciokątne, ośmiokątne i okrągłe. Wielokątne i okrągłe umożliwiają
rozmieszczenie na ich obwodzie większej liczby szpilek mocujących i w
ten sposób pozwalają na znaczne zmniejszenie ugięcia płaszczyzn
głowicy między szpilkami. Można również wówczas przyjąć mniejsze siły
napięcia śrub, uzyskując jednocześnie dobrą szczelność połączenia
głowica - tuleja.
Głowice czworokątne mocuje się śrubami rozmieszczonymi w
narożnikach, co jest z konstrukcyjnego punktu widzenia bardzo
wygodne. Przy dużej odległości między śrubami trzeba jednak zwiększyć
sztywność głowicy, średnicę szpilek i siłę ich napięcia podczas realizacji
połączenia.
45
Kształt denka ogniowego jest konsekwencją przyjętego sposobu
tworzenia mieszaniny paliwowo-powietrznej i systemu przepłukania, z
uwzględnieniem powstających w nim naprężeń.
Głowice chłodzone są wodą doprowadzaną z przestrzeni chłodzących
tulei cylindrowych. Chłodzi ona kolejno denka głowicy, gniazda zaworów
oraz kanały gazowe i powietrzne. Aby wzmocnić cyrkulację w głowicy
montuje się specjalne dysze lub przegrody ukierunkowujące i zawirowujące
przepływ szczególnie na denko ogniowe. Woda z głowicy odprowadzana
jest z najwyższego punktu przestrzeni chłodzącej, tak aby zapobiegać
tworzeniu się  zastoin" wody i poduszek powietrznych lub parowych.
Obniżenie naprężeń w głowicy i obciążenia cieplnego górnego ob-
szaru tulei cylindrowej osiągane jest dzięki następującym,
najważniejszym, zabiegom konstrukcyjnym:
" Drugie denko 2 (rys.l.l7a)) głowicy stanowi element oporowy
dla cienkościennego denka ogniowego 1, zapewniając istotne obniżenie
naprężeń mechanicznych i cieplnych w tym ostatnim i możliwość jego
intensywnego chłodzenia. Opuszczając tuleję cylindrową, woda dociera
do przestrzeni między wspomnianymi denkami, gdzie następuje
schładzanie gniazd zaworowych. Następnie, kanałem wokół wtryski-
wacza 5, dociera do górnej części głowicy.
" Głowice jednoczęściowe (rys.l.l7d), 1.18e)) lub składane o
półkołpakowym kształcie pozwalają na umieszczenie w nich komory
spalania silnika. Górna część tulei cylindrowej i miejsce jej styku z
głowicą zostają przykryte tłokiem, kiedy znajdzie się on w GMP. W
wyniku tego miejsce uszczelnienia nie jest poddawane bezpośredniemu
działaniu gazów, co znacznie obniża obciążenie cieplne górnego obszaru
tulei. Gazy działają tam dopiero w suwie rozprężania, kiedy ciśnienie i
temperatura są już znacznie niższe. Zastosowanie takich głowic ułatawia
demontaż tłoka, a także w wielu przypadkach pozwala na wykonanie
otworów pod zawory: rozruchowy, bezpieczeństwa i indykatorowy w
bocznej powierzchni. Denko ogniowe jest wówczas pozbawione
otworów, a więc wolne od miejsc potencjalnej koncentracji naprężeń.
" W wielu konstrukcjach obecnie produkowanych silników dwusu-
wowych, w głowicach wykonanych w całości, zamiast przestrzeni chło-
dzących wykonuje się specjalne wiercenia (rys.l.l7d), i 1.18e)). Dotyczy
to głowic stalowych, kutych, stanowiących bardzo sztywną płytę z wyto-
czeniem pod komorę spalania. W dnie ogniowym omawianej głowicy
46
wywiercono szereg promieniowych kanałów 1, a w dalszsej części -
kanały styczne 2. Dzięki bliskiemu położeniu kanałów w stosunku do
powierzchni ogniowej, spadki temperatur wywołane przepływającą
wodą chłodzącą koncentrują się głównie między kanałami i powierzchnią
ogniową, a temperatura pozostałej, podstawowej, masy głowicy jest w
przybliżeniu stała i stosunkowo niska. Naprężenia cieplne w takiej
głowicy są więc nieznaczne, a niski poziom naprężeń mechanicznych
zapewnia kuta konstrukcja. Nieduża wysokość głowicy silnika B&W
(rys. 1.17d)) pozwoliła na zastosowanie stosunkowo lekkich wtryski -
waczy, a jej intensywne chłodzenie i bardzo dobry styk wtryskiwacza z
głowicą na tyle polepszyły odbiór ciepła od wtryskiwacza, że nie stosuje
się już jego bezpośredniego chłodzenia.
" Składana głowica, pokazana na rysunku 1.18a), składa się z dwóch
części. Dolna, stalowa, chłodzona część 5, w celu obniżenia naprężeń
cieplnych i dobrego odprowadzenia ciepła, wyposażona jest w cienko-
ścienne dno ogniowe z żebrami usztywniającymi 6, które tworzą w prze-
strzeni chłodzącej spiralne kanały. Górna, żeliwna, wstawka 1 przejmuje
tylko obciążenia mechaniczne i zapewnia konstrukcji ogólną wytrzyma-
łość. W celu zmniejszenia masy jest ona drążona i usztywniona promie-
niowymi żebrami. Obie części głowicy połączone są szpilkami 2. W dol-
nej części wykonany jest otwór pod wtryskiwacz 3. Pokazane na rysunku
otwory 4 służą jedynie do opróżniania głowicy z piasku po procesie
odlewania.
" Aby umożliwić obróbkę mechaniczną przestrzeni wodnej, a także
uprościć czyszczenie w trakcie eksploatacji, dolna część głowicy wykonana
jest jako cienkie denko ogniowe 2, z żebrami będącymi podparciem dna
górnego 1 (rys.l.l8b),c)). W obecnie produkowanych wysoko obciążonych
silnikach okrętowych w płaszczyz
nie podziału głowicy montuje się ożebro-
waną z dwóch stron stalową płytę lub wykonuje żebra w górnej części
głowicy 1 (rys. 1.18c)).
" Przedstawione na rysunku 1.17b) rozwiązanie konstrukcyjne to
monoblok głowicy 1 i tulei 4. Jest to również rozwiązanie tzw. kołpakowe,
czyli z ukształtowaną w głowicy komorą spalania. Połączenie monobloku ze
stojakiem 3 jest uszczelnione pierścieniem gumowym 2. Do zalet tego roz-
wiązania zaliczyć można zakryty styk gazowy i dobre chłodzenie górnej
części tulei. Jednak, wady związane ze złożonością odlewu, koniecznością
wymiany całego monobloku w razie uszkodzenia dna ogniowego głowicy
47
czy wreszcie komplikacje z montażem i demontażem silnika ograniczają
stosowanie tego rozwiązania.
" Głowica stalowa 1 pokazana na rysunku 1.18d) zawiera wstawkę
żeliwną 2, w której znajdują się: wtryskiwacz, zawór rozruchowy, zawór
bezpieczeństwa oraz indykatorowy Obie części głowicy mogą rozszerzać się
niezależnie, co wydatnie obniża poziom naprężeń cieplnych. Ogniowe
części głowicy i wstawki, są półkoliste (półsferyczne), co ma obniżyć ich
obciążenie mechaniczne. We wcześniejszych konstrukcjach silników
okrętowych stosowano stożkowe kształty części ogniowej i płaskie wstawki
Przedstawiona na rysunku 1.18d) głowica charakteryzuje się prostotą
budowy i dużą niezawodnością pracy, wszystkie bowiem otwory pod
aramaturę, a więc miejsca potencjalnej koncentracji naprężeń, znajdują się
we wstawce. Prezentowana konstrukcja pozwala również na przegląd tulei
tylko po demontażu wstawki.
48
2. UKA
AD TA
OKOWO-KORBOWY
Układ tłokowo-korbowy służy do przekazywania na wał korbowy
silnika energii gazów działających na denko tłoka, to jest do zamiany
ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka na ruch obrotowy wału
Najważniejszymi elementami układu (rys 2 1) w silnikach bezwo-
dzikowych są: tłok 1, korbowód 3 i wał korbowy, a w silnikach wodzi-
kowych: tłok wraz z trzonem tłokowym 1, układ wodzikowy 2, korbowód 3 i
wał korbowy.
Oczywiście, w silnikach
bezwodzikowych układ ten jest
prostszy aniżeli w wodziko-
wych, a długość i łączna masa
niższa. Jednakże dla średnic
cylindrów D>500 mm i przy
dużych ciśnieniach spalania,
siła normalna N może osią-
gać bardzo duże wartości (dla D
D = 900 mm i pz = 7 MPa
N = 400 kN), powodując
zwiększone zużycie tulei cy-
b)
lindrowej i silne stuki przy
zmianie kierunku działania
W silnikach wodzikowych
tuleje cylindrowe nie są pod-
dawane działaniu siły N, po-
nieważ jest ona przenoszona
przez wodziki na prowadnice.
Pozwala to na przyjęcie nieco
większych luzów między tło-
kiem a tuleją i tym samym -
ograniczenie niebezpieczeń-
stwa zatarcia tłoka.
Temperaturowe warunki
Rys.2 1 Elementy układu tłokowo-korbowe-
pracy tłoka w porównywal-
go silników a) wodzikowego,
nych warunkach są lepsze w
b) bezwodzikowego
49
silnikach wodzikowych, jako że tarcie prowadzącej części tłoka w
silnikach bezwodzikowych jest większe i zamieniane na ciepło, zwiększa-
jąc obciążenia cieplne.
Warunki smarowania pary ciernej wodzik-prowadnica są znacznie
lepsze aniżeli tłok-tuleja, ponieważ w pierwszym przypadku para cierna
została wyniesiona poza cylinder, a konstrukcja wodzika i prowadnic
przystosowana jest do przenoszenia obciążeń. Z badań prowadzonych
na ten temat wynika, że przy tej samej wartości siły normalnej, straty
spowodowane tarciem w silnikach wodzikowych są niższe, a sprawność
mechaniczna jest 2-4% wyższa niż w bezwodzikowych. W omawianych
silnikach łatwiejsze jest również prowadzenie kontroli stanu pary ciernej
w warunkach eksploatacyjnych, a oddzielenie karteru silnika od tulei
cylindrowej zabezpiecza przed mieszaniem się oleju obiegowego z cylin-
drowym, który w silnikach pracujących na paliwie ciężkim może być
znacznie zanieczyszczony.
2.1. UKA
AD TA
OKOWY
Najważniejsze elementy układu tłokowego stanowią: tłok, pierścienie
tłokowe, sworzeń tłokowy w silniku bezwodzikowym i trzon tłokowy - w
wodzikowym.
2.1.1. Tłoki silników
Tłok służy do przekazywania siły ciśnienia gazów na korbowód lub
trzon tłokowy oraz siły normalnej na ścianki tulei cylindrowej w silnikach
bezwodzikowych. Ponadto kształtuje komorę spalania i zabezpiecza jej
szczelność, jest w silniku dwusuwowym organem rozrządu sterującym
otwieraniem i zamykaniem okien wymiany ładunku.
Dokonując podziału według kryterium konstrukcyjnego można mówić
o tłokach silników bezwodzikowych (całe lub składane, niechłodzone i
chłodzone) oraz o tłokach silników wodzikowych (składane i chłodzone).
Tłok składa się (rys.2.2a)) z denka 1 (górna część z rowkami pod
pierścienie uszczelniające) i z części prowadzącej - płaszcza tłoka 4 z
rowkami pod pierścienie olejowe zgarniające (w silnikach bezwo-
dzikowych) lub prowadzące (silniki wodzikowe). Wewnątrz tłoka, w
50
jego płaszczu, wykonane są specjalne nadlewy 2 z otworami pod
sworzeń tłokowy 3.
Denka tłoków przejmują ciśnienie gazów, płaszcz pełni rolę prowa-
dzącą, przekazując na ścianki cylindra siłę normalną, a w silnikach
dwusuwowych zasłania i odsłania okna wymiany ładunku. Część
prowadząca tłoka silnika wodzikowego jest dodatkowo elementem
centrującym tłok w układzie
Rys 2.2. Warunki pracy tłoka: a) deformacja tłoka pod wpływem obciążenia, b)
luz promieniowy denka; c) wpływ luzu 8 na temperaturę denka; d) wpływ działania
siły normalnej na kształt, e) deformacja denka pod wpływem działania siły gazowej
P i normalnej N, f) deformacja na skutek wzrostu temperatury wywołanej tarciem
g
W czasie pracy silnika tłok nagrzewa się i rozszerza bardziej aniżeli
tuleja cylindrowa. W celu zabezpieczenia przed zakleszczeniem się w tulei
jest on wykonany z określonym luzem. Najintensywniej nagrzewa się
górna część tłoka - denko - i dlatego luz promieniowy (rys.2.2b)) mię-
dzy denkiem a tuleją jest większy niż między częścią prowadzącą a tuleją.
51
Wykonuje się więc denko o średnicy mniejszej niż pozostała część tłoka
lub obrabia jako powierzchnię zbieżną, stożkową. Luz ten zależy od
średnicy cylindra, konstrukcji tłoka, materiału, z którego jest wykonany
oraz od warunków chłodzenia. Jest on dobierany doświadczalnie,
ponieważ wraz z jego wzrostem rośnie temperatura tłoka powyżej
pierwszego pierścienia uszczelniającego, co pogarsza warunki pracy
tłoka. Luz między częścią prowadzącą a tuleją powinien być tak
dobrany, aby zabezpieczał swobodny ruch tłoka w całym zakresie
obciążeń silnika. Zbyt duży luz powoduje stuki podczas -przechodzenia
tłoka przez zwrotne położenia, gdyż siła normalna zmienia w nich
kierunek,  przekładając" tłok z jednej strony cylindra na drugą.
W silnikach bezwodzikowych z żeliwnym tłokiem luz temperaturowy
promieniowy 2 między denkiem i tuleją zazwyczaj wynosi około 0.006-D,
a w pozostałej części 0.001-D. Po zastosowaniu tłoków ze stopów alu-
minium, a więc materiału, który w porównaniu z żeliwem ma większy
współczynnik rozszerzalności cieplnej, wspomniane luzy są w
przybliżeniu dwa razy większe.
Na warunki pracy tłoka, określane jako bardzo trudne, decydu-
jący wpływ mają duże obciążenia cieplne i mechaniczne.
Obciążenia mechaniczne powstają w wyniku działania sił gazów P
g
na denko tłoka, siły normalnej N - na część prowadzącą w silniku bezwo-
dzikowym i sił bezwładności P- Siły gazowe i normalna wywołują cyklicznie
powtarzające się deformacje denka i ścianek tłoka (rys.2.2a),d)), a siły bez-
władności dążą do oderwania denka od części prowadzącej.
Obciążenia cieplne wywołane są przede wszystkim bezpośrednim
działaniem na denko gorących gazów. Powstające naprężenia cieplne są
zazwyczaj większe w silnikach dwusuwowych i rosną również wraz ze
wzrostem średnicy cylindra.
W silnikach dwusuwowych z przepłukaniem szczelinowym mamy
dodatkowo do czynienia ze zjawiskiem nierównomiernego nagrzewania
się tłoka, co wywołuje silną asymetrię pola temperatur względem jego
osi i powstawanie dodatkowych naprężeń cieplnych.
Ciepło odprowadzane jest od denka tłoka (8-10% ciepła wydzielają-
cego się podczas spalania paliwa w cylindrze) różnymi drogami:
1. W tłokach niechłodzonych - głównie za pośrednictwem
pierścieni tłokowych (60-80%) i części prowadzącej (20-40%) do
ścianki cylindra, a dalej do wody chłodzącej.
52
2. W tłokach chłodzonych - jak wyżej, ale przede wszystkim bezpo-
średnio do czynnika chłodzącego tłok (woda, olej).
Pierwszy z wymienionych sposobów odnosił się głównie do wcześniej-
szych konstrukcji nisko obciążonych silników okrętowych. Jednakże i w
konstrukcjach współczesnych może wystąpić taka sytuacja, kiedy po
zatrzymaniu silnika ustanie przepływ czynnika chłodzącego i proces
chłodzenia bezpośredniego przejdzie w chłodzenie pośrednie, a zaku-
mulowane w tłoku ciepło zacznie odpływać drogami opisanymi w
pierwszym punkcie.
Silne nagrzewanie się denka tłoka zmniejsza jego wytrzymałość, a
duże różnice (gradienty) temperatur wywołują naprężenia cieplne,
prowadzące do jego deformacji.
Na rysunku 2.2e) pokazano denko tłoka zdeformowane pod wpły-
wem naprężeń cieplnych. Można to scharakteryzować następująco:
- deformacje temperaturowe są znacznie większe od zniekształceń
związanych z obciążeniem mechanicznym,
- denko tłoka uwypukla się bardziej w centralnej części,
- boczna część ulega rozszerzaniu temperaturowemu.
W silnikach bezwodzikowych, w rezultacie nagrzewania się denka
tłoka i działania ciepła tarcia, deformuje się również część prowadząca.
Z uwagi na nierównomierny rozkład materiału (patrz na przekrój
poprzeczny tłoka) przybiera ona często kształt owalny, przy czym dłuższa
oś przechodzi przez oś sworznia tłokowego wyznaczającego płaszczyznę
deformacji (rys.2.2f)). Na to odkształcenie nakłada się jeszcze deformacja
pochodząca od siły gazowej P i normalnej N. W skrajnym przypadku
g
może dojść do zakleszczenia się tłoka w tulei. Tłoki powinny charaktery-
zować się następującymi cechami:
- możliwie najmniejszymi naprężeniami cieplnymi; temperatury
denka i ścianek tłoka w rejonie pierścieni powinny być jak najniższe przy
minimalnych spadkach temperatur w kierunku promieniowym i osiowym;
- możliwie najmniejszą masą (aby obniżyć siły bezwładności) przy
jednocześnie dużej wytrzymałości i sztywności (aby ograniczyć możliwość
odkształceń;
- żaroodpornością materiału oraz wytrzymałością płaszcza wobec
ścierania, dobrymi właściwościami ślizgowymi i małym współczynnikiem
rozszerzalności cieplnej.
53
Materiały stosowane na tłoki wykonywane w całości stanowią żeli-
wo lub stopy aluminium. W tłokach składanych denko wykonuje się ze
stali stopowej molibdenowej lub chromowo-molibdenowej, a część pro-
wadzącą z żeliwa lub stopów aluminium. Część prowadząca wykonana z
aluminium poddawana jest procesowi anodyzacji w wannach elektrolity-
cznych. Na powierzchni tworzy się wówczas warstewka chromu, zabez-
pieczająca przed powstawaniem twardych kryształków tlenków alumi-
nium grożących zacieraniem się tłoka. Duża wartość współczynnika
przewodzenia ciepła stopów aluminium (3-4 razy większy niż w
wypadku żeliwa i stali) i mała wartość współczynnika tarcia, daje
możliwości obniżenia temperatury tłoka, jego masy, a także sił tarcia.
Wadą tłoków aluminiowych jest mała wytrzymałość w wysokich
temperaturach, łatwość wypracowywania się rowków pierścieniowych i
otworów sworznia tłokowego. Z powodu dużej wartości współczynnika
rozszerzalności liniowej (2-2.5 razy większy niż dla żeliwa czy stali), należy
dwukrotnie zwiększyć luz promieniowy w porównaniu z wartościami
stosowanymi w odniesieniu do tłoków żeliwnych. Utrudnia to rozruch sil-
nika, powstają stuki, szczególnie przy małych obciążeniach silnika w
zwrotnych położeniach tłoka, i rośnie obciążenie cieplne górnych pierścieni.
Konstrukcja tłoka zależy od typu silnika i poziomu jego obciążenia.
Denko tłoka, aby zwiększyć jego sztywność, często podpiera się żebrami 3
(rys.2.3a)). Kieszenie 1 w denku (rys.2.3a),b)) w niektórych silnikach cztero-
suwowych wykonuje się po to, aby zapewnić swobodną pracę zaworów,
a dla ułatwienia wyjmowania tłoka robi się w denku specjalne otwory 2
(rys.2.3b),c)), w które wkręcane jest ucho zaczepowe. Często wewnętrzna
strona denka jest dodatkowo oddzielana przesłoną 1 (rys.2.3c)), która chroni
sworzeń tłokowy przed nadmiernym nagrzewaniem. Kształt denka tłoków
silników szybko- i średnioobrotowych określają przede wszystkim warunki
realizacji wymiany ładunku, a w silnikach wolno- i średnioobrotowych
wysoko obciążonych - warunek zapewnienia możliwie najniższych
naprężeń cieplnych.
Denko tłoka silnika wolnoobrotowego najczęściej jest płaskie, ponieważ
taki kształt ma najmniejszą powierzchnię podlegającą nagrzewaniu i
zapewnia równomierny rozkład temperatur w kierunku osiowym. Często
też w denkach tłoków silników wolnoobrotowych nie wykonuje się
otworów używanych przy demontażu, gdyż są one miejscem
potencjalnej koncentracji naprężeń, stosuje się natomiast specjalne
przyrządy, na przykład obejmy. Wysokość denka tłoka zależna jest od
54
rozmiarów i położenia pierścieni tłokowych, a także odległości rowka
górnego pierścienia od krawędzi denka. W celu zapewnienia lepszego od-
prowadzania ciepła i możliwie optymalnych warunków pracy górnego
pierścienia, jego rowek umieszcza się jak najdalej od denka, tak aby w
położeniu tłoka w GMP pierścień nie znajdował się wyżej aniżeli poziom
wody chłodzącej w przestrzeni wodnej bloku. W silnikach dwusuwowych ze
szczelinową wymianą ładunku, w wyborze położenia górnego pierścienia
bierze się również pod uwagę miejsce występowania górnych krawędzi
okien wymiany ładunku. Rowkom pierścieni tłokowych nadaje się specjalną
formę, aby z jednej strony zapewnić tymże pierścieniom swobodę ruchów, a
z drugiej nie dopuścić do nadmiernego ich zużywania się. Spełnienie tego
drugiego warunku uzyskuje się, na przykład przez chromowanie dolnych
powierzchni, zaokrąglanie krawędzi, wykonywanie rowków z nadmiarem, a
następnie osadzanie w nich specjalnych - odpornych na zużycie - wkładek z
żeliwa modyfikowanego. W tłokach aluminiowych dodatkowo mogą być
umieszczone pierścienie z żeliwa austenitycznego (element 1 - rys.2 3e)), w
których wykonuje się rowki pierścieniowe.
W celu zmniejszenia obciążeń cieplnych górnych pierścieni w tło-
kach niechłodzonych częstokroć wykonuje się zewnętrzne, a w tłokach
chłodzonych - wewnętrzne, kanały ( opory cieplne"). Taki zewnętrzny kanał
2 pokazano na rysunku 2.3e). Jest to stosunkowo głębokie podtoczenie
znajdujące się powyżej pierwszego rowka pierścieniowego. Stawia ono
bardzo duży opór cieplny (gaz ma małą przewodność cieplną) i stanowi
skuteczną przeszkodę dla strumienia ciepła, ukierunkowując go w niższe
partie tłoka zgodnie z pokazanymi na rysunku strzałkami.
Wewnętrzny rowek 3 (rys.2.3e)) lub 1 (rys.2.3d)) to specjalna obwo-
dowa płaszczyzna biegnąca nieco powyżej obszaru pierścieni. Pozwala
ona na zmniejszenie dochodzącego do górnych pierścieni strumienia ciepła,
który został wcześniej odprowadzony do czynnika chłodzącego tłok.
Długość płaszcza tłoka dobiera się w zależności od dopuszczalnego
jednostkowego ciśnienia działającego na ścianki cylindra i od systemu
wymiany ładunku (w silnikach dwusuwowych). Grubość ścianek płaszcza
pod pierścieniami uszczelniającymi w tłokach nieskładanych, niechłodzo-
nych bardzo często radykalnie zmniejsza się (rys.2.3a),b)), aby obniżyć
strumień ciepła dopływający do płaszcza. Zabezpiecza to przed jego
przegrzewaniem się, deformacjami i zakleszczaniem się w tulei.
Wymaganą sztywność uzyskuje się dzięki wewnętrznym żebrom.
55
Rys.2.3. Rozwiązania konstrukcyjne tłoków silników czterosuwowych:
a-d) przykładowe konstrukcje, e) przykłady zmniejszania obciążeń cieplnych
górnych pierścieni tłokowych
W silnikach szybkoobrotowych wyposażonych w tłoki ze stopów
aluminium, w celu obniżenia temperatury płaszcza i zmniejszenia luzu
pary tłok-tuleja, między denkiem tłoka a płaszczem często wykonuje się
specjalne przecięcie umożliwiające niezależne odkształcanie się tych
elementów. Należy jednak pamiętać, że przecięcie to obniża sztywność
tłoka i w silnikach wysoko obciążonych tego rozwiązania już się nie
stosuje, natomiast obrabia się tłok w postaci stożka, ze zbieżnością w
kierunku denka.
W celu obniżenia sił tarcia i zużycia płaszcza wykonuje się czasami
specjalne wgłębienia - kieszenie olejowe, które ułatwiają tworzenie się
klina smarnego. Podczas przepływu oleju z jednego wgłębienia do drugiego
powstaje hydrodynamiczne ciśnienie zmniejszające tarcie i zużycie.
Pogrubienie dolnej części płaszcza służy do usztywnienia tego
rejonu, zapobiegając odkształceniom, które mogą powstać szczególnie
podczas remontów (wyjmowanie i wkładanie tłoka). Czasami to zgru-
56
bienie tworzy specjalna wstawka w postaci stalowego pierścienia.
Wspomniane pogrubienie ma także znaczenie podczas obróbki tłoka,
stanowiąc jedną z płaszczyzn bazowych.
Kanały pod pierścienie olejowe rozmieszczone są zarówno powyżej,
jak i poniżej sworznia tłokowego. W pierwszym przypadku płaszcz tłoka
jest dobrze smarowany olejem, co ogranicza jego zużycie. Jednakże w
silnikach dwusuwowych, bezwodzikowych, rowki umieszcza się w dolnej
części płaszcza (rys.2.3d)) aby ograniczyć możliwość dopływu oleju do
okien wymiany ładunku. Przed rowkami lub w samych rowkach pierście-
niowych wierci się otwory 2, 5 (rys.2.3a)) i 3, 4 (rys.2.3b)) do odprowa-
dzania zgarniętego oleju.
W części prowadzącej tłoków silników wolno- i średnioobrotowych
wykonuje się specjalne kanały obwodowe o przekroju trapezowym, w
które zakuwa się pierścienie przeciwzatarciowe wykonane z brązu oło-
wiowego lub cynowego. Po obróbce średnica takiego pierścienia jest o
około 0.1-0.4 mm większa aniżeli średnica tłoka. Pierścienie te zapobie-
gają zatarciu w początkowym okresie pracy silnika, a póz
niej służą do
amortyzowania uderzeń płaszcza tłoka o tuleję, i co za tym idzie, zmniej-
szają jego zużycie.
Aby zapobiec możliwości zatarcia tłoka w tulei na skutek nierówno-
miernego cieplnego deformowania się części prowadzącej, konstruk-
torzy przewidują szereg różnorodnych rozwiązań Do najważniej-
szych z nich należą:
- Płaszcz tłoka jest owalny, z dłuższą osią w płaszczyz
nie prostopa-
dłej do płaszczyzny sworznia tłokowego (w czasie pracy, po podgrzaniu
się, tłok przyjmuje kształt cylindryczny).
- W rejonach zgrubień tłoka, na przykład w obszarze otworów
sworznia, ścianki tłoka zeszlifowuje się lub frezuje specjalne kieszenie -
chłodnice 4 (rys.2.3a)). Zmniejsza się w ten sposób miejscową koncentrację
naprężeń, a wybrana część materiału dodatkowo obniża masę tłoka
- Sworzeń tłokowy osadza się w cylindrycznej przestrzeni 2
(rys.2.3d)), mocowanej do denka tłoka. Ten ostatni nie ma wówczas
charakterystycznych zgrubień, o których była mowa wyżej, i dzięki temu
jego odkształcenia są równomierne na całym obwodzie.
W celu poprawienia warunków odprowadzania ciepła od denka w
tłokach niechłodzonych grubość ścianek owych denek narasta od środka
w kierunku krawędzi, rośnie też przekrój denek w obszarze pierścieni
57
(rys.2.3a),b)). Można też wykonywać tłoki ze stopów aluminium, mają-
cych duży współczynnik przewodzenia ciepła.
W silnikach szybkoobrotowych stosuje się często cieplną izolację
denka tłoka. W tym celu na denku mocowana jest specjalna, żaro-
odporna nakładka stalowa lub nanoszone są ceramiczne żaroodporne
warstewki (np.: węgliki wolframu z dodatkiem kobaltu, węgliki chromu z
dodatkiem niklu i inne). W obu przypadkach te zabiegi konstrukcyjne i
technologiczne zmieniają bilans cieplny silnika - zmniejsza się strumień
ciepła idący od tłoka, a wzrasta temperatura gazów wylotowych.
Rys.2A.Sposoby chłodzenia tłoków silników bezwodzikowych- a) L275 SKODA; b)
FIAT 550S; c) PIELSTICK PC2-400
58
Obniżenie naprężeń cieplnych w tłokach chłodzonych osiąga się
przede wszystkim dzięki dużej staranności w ich projektowaniu i
wykonaniu (wybór materiału, optymalizacja grubości ścianek, wybór
czynnika chłodzącego itp.). Czynnikiem chłodzącym jest najczęściej
woda lub olej.
Podstawową zaletę chłodzenia olejowego stanowi możliwość jego
zastosowania zarówno w silnikach cztero- jak i dwusuwowych, wodziko-
wych, wadę zaś - szybsze starzenie się oleju, ewentualność jego kok-
sowania na omywanych powierzchniach i pogarszanie się warunków
wymiany ciepła.
Zaletą chłodzenia wodnego jest przede wszystkim znacznie wyż-
sza, w porównaniu z olejem, pojemność cieplna wody (ok 2.5 raza) i
duży współczynnik oddawania ciepła od ścianek do wody. Zastoso-
wanie takiego chłodzenia wymaga jednak precyzyjnego rozwiązania
sposobu do doprowadzenia i odprowadzania wody.
W silnikach okrętowych bezwodzikowych wykorzystuje się następu-
jące sposoby chłodzenia tłoków:
1. Chłodzenie strugą oleju (natrysk) - rys.2.4a) stosowane przy umiar-
kowanym obciążeniu cieplnym tłoka. Otworem 1 w korbowodzie olej
dociera do obwodowego kanału 2, łożyska sworznia tłokowego 3 i przez
dyszę 4, omywa strugą denko tłoka 5, po czym ścieka do karteru silnika.
2. Chłodzenie przepływowe realizowane dzięki zatopionej w denku
wężownicy 1 (rys.2.4c)) lub, jak to pokazano na rysunku 2.4b), poprzez
specjalny kanał 1. Do wspomnianej wężownicy olej zazwyczaj wpływa z
odpowiednich otworów wykonanych w korbowodzie i sworzniu
tłokowym i podobną drogą powraca (rys.2.4c)) Również w drugim
przypadku, a więc wówczas, gdy chłodzenie odbywa się za pośred-
nictwem kanału obwodowego, olej chłodzący może dopływać i odpływać
podobnie, ale czasami stosuje się prostsze rozwiązanie polegające na
umieszczeniu w karterze specjalnych dysz olejowych i wykonaniu w tłoku
otworów leżących dokładnie w płaszczyz
nie tych dysz.
3. Chłodzenie natryskowe z wykorzystaniem efektu narzutowego (z
ang. coktail sheker) jest bardzo skuteczne i dlatego bywa często stoso-
wane we współczesnych konstrukcjach silników okrętowych
(rys.2.5a),b)). Przekroje kanałów doprowadzających i odprowadzających
olej oraz wysokość otworów odlotowych dobiera się tak, aby przestrzeń
chłodzona nie była całkowicie wypełniona olejem. Pod działaniem sił
59
bezwładności olej naprzemienne odbija się od dolnej i górnej części
przestrzeni chłodzącej, intensywnie omywając nagrzewane obszary
tłoka. Przy tym sposobie chłodzenia współczynnik oddawania ciepła do
oleju jest około dwukrotnie większy niż podczas typowego omywania
ścianek chłodzonych. Wynika to z wartości średniej prędkości tłoka i
udziału w wymianie ciepła nie tylko warstwy wierzchniej prze-
pływającego oleju, ale w zasadzie całej jego masy znajdującej się w
danym momencie w tłoku. Znacznie spada również prawdopodobień-
stwo koksowania oleju na ściankach.
4. W silnikach wodzikowych dominuje cyrkulacyjne chłodzenie tło-
ków (rys.2.6a)-e)) lub chłodzenie z efektem narzutowym (rys.2.6f),g)).
Czynnik chłodzący doprowadzany jest do tłoka rurami teleskopowymi
lub przegubowymi wykonującymi ruch wahadłowy.
Przykładowe konstrukcje tłoków zostały pokazane na rysunku 2.5.
Tłok silnika PIELSTICK PC4 (rys.2.5a)) jest składany. Ma on cienko-
Rys.2.5. Konstrukcja tłoków silników okrętowych bezwodzikowych:
a) PIELSTICK PC4- b) SULZER Z 40/48; c) schemat mechanizmu obrotu tłoka
silnika SULZER Z 40/48
60
ścienne, stalowe denko, które opiera się obwodowym żebrem 1 na
części prowadzącej, wykonanej ze stopu aluminium, i jest do niej
przykręcane szpilkami 2. Chłodzenie tłoka odbywa się olejem z
wykorzystaniem efektu narzutowego. Czynnik chłodzący doprowadzony
jest do górnej, chłodzonej części tłoka wierceniem w korbowodzie,
sworzniu tłokowym i w jego zgrubieniach. Dociera więc bezpośrednio
pod cienkościenne denko, a następnie powraca do karteru. Górne
pierścienie tłokowe są chromowane, a ich rowki zabezpieczono przed
nadmiernym zużyciem przez indukcyjne utwardzanie powierzchni.
Tłoki silnika SULZER Z 40/48 (rys.2.5b)) składają się ze stalowego
denka 4, żeliwnego płaszcza 1 i kulistej części 6, która wraz z kuli-
stym zakończeniem 9 korbowodu tworzy łożysko w tłoku. Cienko-
ścienne denko opiera się na odpowiednio sztywnym elemencie 3, przez
który siła ciśnienia gazów przenoszona jest bezpośrednio na kuliste
łożysko i dalej na korbowód. Wszystkie " elementy tłoka połączone są
długimi szpilkami 2. W denku wykonano rowki pod pierścienie
uszczelniające 5, a niżej pod pierścienie olejowe 10. Tłok chłodzony jest
również olejem z wykorzystaniem efektu narzutowego - szczególnie
intensywnie chłodzi się denko i rejon osadzenia pierścieni uszczel-
niających. Olej do chłodzenia doprowadzony jest wierceniami w
korbowodzie i płaszczyz
nie kulistej aż do górnej części, a następnie rurką
11 wraca do karteru silnika.
Po zastosowaniu takiego chłodzenia, udało się konstruktorom istot-
nie obniżyć temperaturę denka tłoka szczególnie w rejonie pracy
pierścieni uszczelniających. Analizowana konstrukcja charakteryzuje się
również tym, że tłok, oprócz tradycyjnego ruchu posuwisto-zwrotnego,
wykonuje również ruch obrotowy wokół własnej osi. Obrót ten następuje
dzięki przeniesieniu wahadłowego ruchu korbowodu na specjalny
mechanizm zapadkowy 12, umieszczony w otworze kulistego zakoń-
czenia korbowodu. Dwie zapadki tego mechanizmu, rozpierane sprę-
żyną, zazębiają się z wieńcem zębatym 7, swobodnie ułożonym w tłoku
między górną i dolną połówką łożyska kulistego. Występ A na czołowej po-
wierzchni wieńca zębatego 7 wchodzi w wycięcie B okrągłej sprężyny 8
(rys.2.5c)). Poprzez występ C obrót przekazywany jest na tłok. Wahadłowy
ruch korbowodu, przez mechanizm zapadkowy, powoduje skokowy,
obrotowy ruch wieńca zębatego. Podczas tego obrotu sprężyna jest ściskana
i gromadzi energię. W momencie kiedy obciążenie działające na tłok, a
pochodzące od ciśnienia gazów i sił bezwładności, jest minimalne, sprężyna
61
oddaje zakumulowaną energię, powodując obrót tłoka. Konstrukcja ta ma
następujące istotne zalety:
- Po każdym suwie tłoka, dzięki jego obrotowi, siła normalna
przekazywana jest na ścianki cylindra za każdym razem innym frag-
mentem płaszcza tłoka, co zapewnia jego równomierne zużywanie się,
nagrzewanie i deformowanie; maleje więc niebezpieczeństwo zatarcia
- Wzajemny obrót tłoka i pierścieni tłokowych zapobiega miejsco-
wemu nagrzewaniu się tulei cylindrowej, wywołanemu przedmuchami
gazów spalinowych przez zamki pierścieniowe, poprawia smarowanie i
zmniejsza zużycie pierścieni.
- Równomierne cieplne odkształcenie tłoka i tulei umożliwia ich
wzajemne dopasowanie z mniejszym luzem.
- Kulisty kształt górnej części korbowodu zapewnia możliwość
samocentrowania tłoka w osi cylindra i brak przekoszeń w łożyskach
- Rozkład naprężeń na przegubie kulistym jest równomierny, a
więc nie występuje, jak to ma miejsce w klasycznym rozwiązaniu ze
sworzniem tłokowym, charakterystyczne spiętrzenie naprężeń, dążące
do ścinania sworznia.
Przykładowe konstrukcje tłoków silników wodzikowych pokazano
na rysunku 2.6.
W silniku B&W 84VT2BF180 denko tłoka 1 (rys.2.6a)) wykonano
z żaroodpornej stali, płaszcz 5 jest żeliwny i połączony szpilkami z
kołnierzem trzona tłokowego 6. Rowki pod pierścienie uszczelniające 2
zaopatrzone są w specjalne żeliwne pierścienie wzmacniające 3. Tłok
chłodzony jest olejem. Dopływa on do tłoka ruchomą rurką teleskopową
zamocowaną w poprzecznicy wodzika i dalej rurą 7 znajdującą się w
osiowym otworze trzona tłokowego dociera do specjalnej wstawki 4
Znajdują się w niej kierunkowe rurki, zapewniające podawanie oleju z
dużą prędkością w obszar chłodzenia. Olej z denka tłoka odprowadzany
jest przez lejek wstawki 4 i dalej, wnętrzem trzona tłokowego, ale po
zewnętrznej stronie rury 7. Rozwiązanie to nie jest zbyt udane, ponieważ
powracający olej ma temperaturę około 60�C, co utrudnia schładzanie
trzona tłokowego.
W silniku B&W K90GF (rys 2 6.b)) siła ciśnienia gazów przekazy-
wana jest przez denko tłoka na specjalny, odpowiednio sztywny, stalowy
pierścień 2, łączący się bezpośrednio z kołnierzem trzona tłokowego.
Powstaje w ten sposób dodatkowy punkt podparcia ograniczający
62
Rys.2.6. Konstrukcja tłoków silników okrętowych wodzikowych: a), b) B&W; c).
d) MAN; e), f) i g) SULZER
63
naprężenia zginające w denku i odciążający ścianki boczne denka tłoka.
Przedstawione rozwiązanie pozwoliło na zmniejszenie grubości ścianek,
a więc i naprężeń termicznych. W celu obniżenia naprężeń powstają-
cych jako skutek różnic w rozszerzalności cieplnej denko tłoka i trzon nie
są połączone sztywno. Kołnierz trzona tłokowego opiera się na pierś-
cieniu 3, który leży na obwodowym występie krótkiego płaszcza tłoka 4,
mocowanego do denka szpilkami. Olej chłodzący doprowadzony jest do
tłoka kanałem wewnętrznym trzona, utworzonym przez wewnętrzną
ściankę otworu i zewnętrzną powierzchnię rury prowadzonej w tym
otworze, służącej do odprowadzania oleju. Wewnątrz tłoka, dyszami 1
wierconymi w pierścieniu 2, olej wpływa z dużą prędkością do
przestrzeni chłodzących.
Tłok silnika MAN KZ70/120 (rys.2.6c)) składa się z wykonanego z,
żaroodpornej stali molibdenowej, denka 1 z pierścieniami uszczelniają-
cymi 3, wstawki 6 i długiego płaszcza 7, które są odlewami żeliwnymi.
Do pierścieniowego nalewu 5 długimi szpilkami (dla zwiększenia ich
podatności) mocuje się trzon tłokowy 9. Denko podparte jest żebrami z
otworami umożliwiającymi przepływ wody chłodzącej. Usztywniony że-
brami, cienkościenny płaszcz tłoka również łączy się z trzonem
tłokowym, a ściślej z jego dolnym kołnierzem 8. W celu zapewnienia
możliwości swobodnego rozszerzania cieplnego denka tłoka między
płaszczem a wstawką przewidziano luz. W kanały i wstawki zakuto
pierścienie przeciwzatarciowe 4, wykonane z brązu. Woda chłodząca
jest doprowadzana i odprowadzana rurami teleskopowymi połączonymi
z dolną częścią trzona; dalej wspomniana woda płynie już kanałem w
jego wnętrzu. Powrót odbywa się przez lejek 2 i rurę 10. W celu
zabezpieczenia wnętrza trzona przed korozją, w jego wnętrzu znajduje
się dodatkowa rura wykonana ze stali nierdzewnej.
W tłoku silnika KSZ 105/180 (rys.,2.6d)) denko podparte jest dwo-
ma podatnymi żebrami 1. Dzięki temu można było zmniejszyć grubość
denka i jego ścianek, a co za tym idzie, obniżyć poziom naprężeń
cieplnych i poprawić ogólny stan cieplny tłoka. Temperatura maksymal-
na denka nie przekracza w tej konstrukcji 455�C, a nad kanałem górne-
go pierścienia 140�C.
Tłok silnika SULZER RD 76 (rys.2.6e)) składa się z denka 1 z pier-
ścieniami uszczelniającymi 7 (odlewu ze stali chromowo-molibdenowej)
oraz krótkiego płaszcza żeliwnego 3 z przeciwzatarciowymi pierścieniami 2
wykonanymi z brązu ołowiowego. Denko i płaszcz łączone są z kołnie-
64
rzem 6 trzona tłokowego długimi szpilkami 4, wyposażonymi
dodatkowo w tulejki dystansowe zwiększające ich podatność. W celu
zmniejszenia grubości ścianek denka tłoka i obniżenia naprężeń
cieplnych górna ściana podparta jest na kilku żebrach. Woda chłodząca
dociera do tłoka i z niego odpływa za pośrednictwem rur teleskopowych
5. Po zatrzymaniu silnika i przerwaniu podawania wody, ta ostatnia nie
powinna odpływać z tłoka i dlatego górny otwór 8 w rurze odlotowej
znajduje się blisko wewnętrznej ścianki denka, zawsze wyżej aniżeli otwór w
rurze dolotowej.
W tłoku silnika RND 105 zwiększono liczbę żeber usztywniających,
denko. Wzrosła także długość płaszcza (w celu skutecznego
przykrywania okien wymiany ładunku, gdy tłok znajduje się w GMP)
oraz zintensyfikowano chłodzenie poprzez wywołanie zjawiska 
koktajlowego". Stożkowa wstawka 1 (rys.2.6f)) dzieli przestrzeń
chłodzenia na dwa obszary łączące się ze sobą w dolnej i górnej części.
W związku z tym poziom wody w zewnętrznym i wewnętrznym obszarze
nie jest jednakowy. W DMP poziom wody wewnątrz spada szybciej, a w
GMP wolniej aniżeli w zewnętrznej części. Zapewnia to dobre chłodzenie
denka i obszaru pierścieni tłokowych (maksymalna temperatura nie
przekracza 394�C, a w obszarze rowka górnego pierścienia
uszczelniającego 102�C).
W silnikach SULZER RLA, RLB i RTA efektywne chłodzenie tłoka
uzyskano dzięki wierceniom 1 w grubościennym denku (rys.2.6g));
maksymalna temperatura nie przekracza 390�C, a tuż nad rowkiem
górnego pierścienia wynosi ona 151�C.
2.1.2. Pierścienie tłokowe
Pierścienie tłokowe dzieli się na uszczelniające, olejowe i prowadzące.
Pierwsze z wymienionych służą do uszczelniania luzu między tłokiem a tuleją
cylindrową, odprowadzania ciepła od denka do tulei i dalej, do wody
chłodzącej cylindry, oraz do rozprowadzania oleju po gładzi. Pierścienie
olejowe w silnikach bezwodzikowych zbierają olej z dolnej, chłodniejszej,
części tulei i doprowadzają go do górnej gorącej strefy, a przy ruchu tłoka ku
DMP zgarniają jego nadmiar. W silnikach wodzikowych odpowiadają przede
wszystkim za rozprowadzenie oleju po gładzi tulei cylindrowej.
65
I
Uszczelniające działanie pierścieni wywołane jest przyciskaniem
pierścienia do gładzi tulei i płaszczyzny (półki) rowka oraz labiryntowym
funkcjom pierścieni i rowków.
Do gładzi tuiei pierścień jest dociskany siłą sprężystości własnej PE
i siłą ciśnienia gazów P przenikających przez luz  a" w przestrzeń  b"
za pierścieniem (rys.2.7a)). Siła PE powstaje na skutek tego, że przecięty
pierścień i utworzony zamek  k" powodują, iż w stanie swobodnym
(poza cylindrem) pierścień ma średnicę zewnętrzną D , większą od
o
średnicy cylindra D.
Tak więc w celu obsadzenia pierścienia w tulei trzeba go wstępnie
ścisnąć, co wywołuje potem określony nacisk na ścianki cylindra. Luz na
zamku, pozostający po założeniu pierścienia pozwala na jego swobodne
rozszerzanie cieplne. Maksymalne względne ciśnienie pierścienia na
ścianki cylindra pochodzące od siły sprężystości własnej w silnikach
wolno- i średnioobrotowych ocenia się na 0.05-0.2 MPa, a w silnikach
szybkoobrotowych na 0.2-0,4 MPa. Takie, względnie nieduże, wartości
nie są w stanie zapewnić dostatecznie silnego, sprawnego docisku, a
więc i przylegania pierścienia do gładzi tulei. Czynnikiem decydującym o
sile docisku jest siła gazowa lub siła związana ze sprężaniem powietrza,
przenikająca do rowków pierścieniowych i działająca na wewnętrzną
powierzchnię czołową pierścienia.
Labiryntowe działanie pierścieni sprowadza się do tego, że gaz,
przeciskający się stopniowo w dół przez szczeliny, rozprężając się, traci
swoją energię. W rezultacie tego ciśnienie spada skokowo (rys.2.7c).
Jeżeli przyjąć ciśnienie gazów w cylindrze za 100%, to, odpowiednio za
pierwszym, drugim i trzecim pierścieniem uszczelniającym, ciśnienie
może wynosić około:
= (0.75-1) pg,
Pl
P2 = (0.15-0.3) pg,
p3 = (0.06-0.08) pg.
Wynika z tego, że najlepszym działaniem uszczelniającym powinien cha-
rakteryzować się pierwszy, najwyżej położony pierścień.
Pierścienie olejowe właściwie nie przejmują już ciśnienia gazów i ich
docisk do ścianki cylindra uzyskuje się tylko dzięki sile sprężystości
własnej PE.
66
Rys.2.7. Zasada działania i warunki pracy pierścieni tłokowych, a) siły. gazowe i sprę-
żystości własnej działające na pierścień, b) zmiana średnicy pierścienia po włożeniu
do cylindra, c) labiryntowe działanie uszczelniające pierścieni, d) naruszenie szczel-
ności pierścienia - przedmuchy gazów, e) zwrotno-kątowe ruchy tłoka w tuki.
f) rozkład sił działających na pierścień; g) schemat zjawiska pompowania oleju
Warunki pracy pierścieni tłokowych (szczególnie górnego
pierścienia uszczelniającego) są bardzo trudne. Do najważniejszych czyn-
ników wywołujących owe warunki należą:
" Ruch posuwisto-zwrotny pierścieni odbywa się z dużą prędkością
średnią i dużymi naciskami (w silniku wolnoobrotowym górny pierścień
może być dociskany siłą równą w przybliżeniu maksymalnemu ciśnieniu
67
gazów w cylindrze), co utrudnia powstawanie właściwych warunków
smarowania, wywołuje zwiększone zużycie pierścieni i tulei, powoduje
wzrost pracy tarcia pierścieni (nawet do 50% wszystkich strat
mechanicznych w silniku).
" Wysokie obciążenie cieplne pierścieni związane z ich kontaktem
z gorącymi gazami, odprowadzanie ciepła od tłoka do tulei oraz
tarcie o ścianki cylindra, obniżają ich wytrzymałość mechaniczną i
sprężystość, czego dalszą konsekwencją może być spalanie i kokso-
wanie oleju oraz przechodzenie do warunków tarcia półsuchego
(szczególnie w okolicach GMP).
" Deformacja górnych pierścieni jako skutek, na przykład odkształ-
cenia denka tłoka i tulei podczas nagrzewania lub nierównomiernego
zużycia rowków pierścieniowych powoduje gwałtowny wzrost
niepożądanych naprężeń zginających i skręcających w pierścieniu.
" Promieniowe drgania pierścienia powstające w pewnych warun-
kach (np.: utrata własności sprężystych, spadek ciśnienia gazów w
rowku pierścieniowym, zniekształcenie tłoka lub tulei itp.) prowadzą do
naruszenia szczelności, przedmuchów, przegrzewania się tłoka i
pierścieni, pogorszenia smarowania, deformacji pierścieni, aż do ich
połamania włącznie (rys.2.7d)). Gdy luz na zamku jest odpowiednio
duży i nastąpi zanik działania ciśnienia gazów, pierścień może uderzać o
dno rowka, szybko się rozprężać i również uderzeniowo wchodzić w
kontakt z tuleją, aż do uszkodzenia zmęczeniowego (połamania).
" Obrotowy ruch pierścienia w rowku (względem osi tłoka) w
silniku dwusuwowym może prowadzić do wpadania zamków w okna
wymiany ładunku i łamania się ich. Ruch obrotowy pierścieni wywołany
jest zwrotnokątowymi (szkodliwymi) ruchami tłoka (rys.2.7e)) podczas
każdego obrotu wału korbowego. Przy założeniu, że wał korbowy i
elementy mechanizmu tłokowo-korbowego są całkowicie sztywne, pod
działaniem siły normalnej oś tłoka, w trakcie jego przekładania się w
cylindrze, przechodziłaby z punktu  a" do punktu  c". W rzeczywistości
jednak, na skutek zginania się wału, elementów układu korbowego,
błędów wykonania i montażu tych elementów, przy zmianie kierunku
działania siły normalnej tłok przekłada się w cylindrze z położenia  a", przez
 b" do  c". Jeżeli przy tym siła tarcia pierścieni na zewnętrznej powierzchni
jest większa aniżeli na pozostałych, to będą się one powoli obracały w
rowkach.
68
" Promieniowe ruchy pierścieni w rowkach przyczyniają się podczas
ruchu tłoka do wzrostu zużycia zarówno pierścieni, jak i rowków. Ruchy, o
których mowa, wywołuje przede wszystkim nierównomierne wypracowanie
i odkształcenie tulei.
" Nierównomierne są: rozkład siły sprężystości na obwodzie pierście-
nia, jak również ciśnienia gazów działających na pierścień i jego temperatury
(największe wartości w okolicy zamka).
" Występują wysokie naprężenia zginające w pierścieniu powstałe
podczas zakładania i zdejmowania pierścienia, a także w położeniu robo-
czym (z powodu zgniecenia przy wkładaniu do tulei); naprężenia te, w
najbardziej niebezpiecznym przekroju, to jest naprzeciw zamka, mogą
osiągać wartości nawet 180 MPa podczas ściskania pierścienia wkładanego
do tulei i 250 MPa w trakcie rozciągania go w celu osadzenia w rowku lub
podczas demontażu.
" Osiowe ruchy pierścieni w rowkach (w silnikach cztero-
suwowych), w których trakcie pierścień jest przyciskany raz do górnej,
raz do dolnej półki rowka, co powoduje pompowanie oleju i jego prze-
tłoczenie ze ścianek cylindra do komory spalania silnika. Pierścienie w
opisanej sytuacji pracują jak tłoki pompy.
Przedstawione uprzednio zjawisko pompowania oleju można
wyjaśnić w następujący sposób: w czasie ruchu roboczego tłoka na
pierwszy pierścień tłokowy działają następujące siły (rys.2.7f)): ciśnienia
gazów nad pierścieniem P , ciśnienia gazów w przestrzeni za pierście-
g
niem Pj, ciśnienia gazów pod pierścieniem Pi' sprężystości własnej PE,
bezwładności pierścieniowej Pj, tarcia Tj i T2- Wraz ze zmianą ciśnienia
gazów, wartość i kierunek działania siły bezwładności Pj oraz kierunek
ruchu tłoka, w stosunku do pokazanych na rysunku, zmieniają się i
następuje przemieszczenie pierścienia w rowku. W początkowej fazie
ruchu tłoka od GMP do DMP, pierścienie są dociśnięte siłą
bezwładności do górnej półki rowka (rys.2.7g)), przy czym niższy
pierścień zgarnia olej ze ścianki cylindra. Wraz z hydraulicznym
spiętrzeniem spowodowanym ruchem tłoka, w szczelinie między
tłokiem i tuleją ciśnienie oleju rośnie nawet do 0.5 MPa. Olej wpływa pod
pierścień i dalej, do przestrzeni za nim. Dalszy ruch tłoka w dół odbywa się
początkowo z coraz większą prędkością, po czym od połowy drogi
wspomniana prędkość maleje. W okolicy DMP pierścienie zostaną
dociśnięte siłą bezwładności do dolnej półki, a niższy z nich wyciśnie olej
69
w górę. W pobliżu GMP siła bezwładności ponownie zmieni swój
kierunek i pierścienie będą dociskane do górnej półki rowków. W
związku z tym olej może dotrzeć wyżej. Powtarzając się, omawiane
procesy spowodują, że olej znajdzie się w komorze spalania silnika
Efekt ten nasila się, gdy rośnie luz między tłokiem i tuleją, oraz gdy
wzrastają luzy w rowku pierścieniowym.
W silnikach dwusuwowych opisana sytuacja właściwie nie
występuje, ponieważ pierścienie są tak mocno z góry obciążone, że
pozostają przyciśnięte do dolnej półki rowków. Efekt pompowania oleju
jest oczywiście zjawiskiem niekorzystnym, wywołuje bowiem zwiększone
zużycie oleju, wzrost ilości nagarów na tulei, a także stwarza możliwość
zakoksowania pierścieni w rowkach. Z drugiej jednak strony olej dociera
tą drogą do górnego, bardzo obciążonego obszaru tulei. Dlatego też
celowe jest nie tyle całkowite wyeliminowanie zaprezentowanego
zjawiska, ile jego ograniczenie. Jednym z zabiegów zmierzających w tym
właśnie kierunku jest stosowanie pierścieni olejowych zgarniających.
Konstrukcji pierścieni tłokowych stawia się następujące podsta-
wowe wymagania:
- dobrą i długotrwałą sprężystość,
- równomierne rozłożenie na całym obwodzie tulei promie-
niowego ciśnienia pochodzącego od siły sprężystości,
- żaroodporność materiału i jego wytrzymałość na zużycie cierne
oraz mały współczynnik tarcia.
Najpopularniejszym materiałem na pierścienie jest żeliwo surowe z
podwyższoną zawartością fosforu i dodatkami chromu, niklu i molibdenu.
W wysoko obciążonych silnikach szybkoobrotowych ze stalowymi,
azotowanymi tulejami, pierścienie mogą być wykonane ze stali molibde-
nowej lub manganowej. Czyni się również próby z pierścieniami meta-
lowoceramicznymi i metalowografitowymi, w których własności samo-
smarne i odporność na zużycie zachowane są w bardzo szerokim za-
kresie temperatur. Twardość pierścieni żeliwnych jest zazwyczaj nieco
większa (o około 15-20 HB) aniżeli tulei, ponieważ względna praca tarcia
jest w nich znacznie większa niż w wypadku tulei. Oprócz tego pierścienie
pracują w trudniejszych warunkach. Bywa jednak, że w celu zmniejszenia
zużycia drogiego elementu, jakim jest tuleja cylindrowa, jej twardość jest
większa. Aby przyspieszyć proces docierania i zmniejszyć zużycie, stosuje się
70
pierścienie porowate chromowane, cynowane, (cynowanie pierścieni
polepsza ich właściwości przeciwzatarciowe), grafitowane lub siarczkowane
Porowate, chromowane powierzchnie powodują, że żywotność pierścienia
rośnie nawet czterokrotnie. Zabieg ten nie jest jednak skuteczny w
odniesieniu do pierścieni wolnoobrotowych silników dwusuwowych,
ponieważ głębokość pokrycia jest bardzo mała (0.15-0.2 mm) z
dopuszczalnym, promieniowym zużyciem wynoszącym 2 i więcej mm
Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne pierścieni uszczelniających
pokazane są na rysunku 2.8. Pierścienie o kątach prostych są bardzo
łatwe w wykonaniu i powszechnie stosowane w silnikach okrętowych
wolno- i średnioobrotowych (rys.2.8a)). Sfazowanie krawędzi polepsza
warunki smarowania i zabezpiecza przed zrywaniem ostrymi krawę-
dziami filmu olejowego.
Rys.2.8. Pierścienie uszczelniające- a-d i f) przykładowe kształty powierzchni
czołowych pierścieni uszczelniających, e) pierścień składany, g) rozkład sił na
pierścieniu zbieżnym - w kształcie klina; h) pierścień o skośnej powierzchni
czołowej, i) skręcanie się pierścienia w rowku
Pierścienie z zaokrągloną powierzchnią roboczą (rys 2.8b)) dobrze się
docierają i polepszają warunki smarowania pary ciernej pierścień-tuleja.
Pierścienie z obwodowymi, labiryntowymi kanałami miedziowanymi
wykonanymi na powierzchni roboczej (rys.2 8d)) dobrze wytrzymują do-
71
cieranie, mniej się zużywają, ponieważ w kanalikach na ich powierzchni
stale pozostaje niewielka ilość oleju.
Składane pierścienie typu  dupleks" (rys.2.8e)) doskonale spełniają
rolę uszczelniającą, ale ich budowa powoduje, że są znacznie droższe od
tradycyjnych.
Pierścienie ze skośnymi kanałami na powierzchni roboczej (rys.2.8f))
pozwalają na lepsze rozprowadzanie oleju po gładzi tulei cylindrowej. Często
występują one w dolnych rowkach tłoków silników wolnoobrotowych
Na pierścieniach w kształcie klina (rys.2.8g)) powstaje siła normalna
pochodząca od rozkładu sił gazowych, która potęguje docisk pierścienia do
gładzi tulei. Konstrukcja ta zmniejsza również niebezpieczeństwo zapiekania
się pierścienia w rowku, ponieważ zmienia się w nim luz. Luz ten może się
jednakże bardzo szybko zanadto powiększyć na skutek promieniowego
wypracowania się pierścienia.
Pierścienie zukosowane (rys.2.8h)), o zbieżności jak na rysunku,
zapewniają większy nacisk jednostkowy na ścianki cylindra Przyspiesza
to proces ich docierania, a w czasie eksploatacji silnika, przy ruchu tłoka
ku GMP, zapewnia łatwość smarowania, podczas ruchu do DMP -
natomiast zgarnianie nadmiaru oleju.
Skręcające się pierścienie (rys.2.8i) mają niesymetryczny przekrój
uzyskany po wykonaniu na wewnętrznej stronie fazy lub wytoczenia.
Ściśnięty i zamontowany w tulei pierścień skręca się nieco i jego po-
wierzchnia robocza przybiera stożkowy kształt. Jego działanie jest więc
podobne do funkcji, jakie wykonuje pierścień pokazany na rysunku 2 8h) -
stożkowo zbieżny. Wadą pierścienia tego typu jest gorsze odprowadzanie
ciepła od tłoka z uwagi na mniejszą powierzchnię styku z półkami rowków
Efektywność uszczelniania komory spalania silnika w niewielkim
stopniu zależy od liczby pierścieni uszczelniających, chociaż konieczne
jest zachowanie w tym zakresie niezbędnego minimum. W silnikach
szybkoobrotowych, na przykład minimalna liczba pierścieni wynosi
cztery, w średnioobrotowych sześć, w wolnoobrotowych zaś - siedem.
Zastosowanie wielu pierścieni powoduje wzrost strat tarcia, ale z drugiej
strony zwiększa niezawodność uszczelnienia; skuteczniej odprowadzane
jest ciepło od tłoka do tulei i mniejsze są straty powietrza podczas
rozruchu silnika.
Zamki pierścieni tłokowych mogą być proste, skośne i tzw.
hermetyczne. Zamek z przecięciem prostym (rys.2.9a)) jest rozwią-
72
zaniem nieskomplikowanym i niezawodnym, stosowanym w silnikach
szybkoobrotowych, gdzie różnica właściwości uszczelniających
poszczególnych typów zamków jest mało znacząca
Rys 2.9 Zamki pierścieni tłokowych: a) prosty, b) skośny, c i d) zakładkowe -
szczelne
Zamek skośny pod kątem 45 lub 60� (rys.2.%)) znalazł najszersze
zastosowanie, ponieważ pozwala zmniejszyć niezbędny luz na rozsze-
rzalność cieplną, a tym samym poprawia szczelność
Przykład zamków hermetycznych (szczelnych) pokazano na rysunku
2.9c) i d). Znajdują one najczęściej zastosowanie w silnikach
wolnoobrotowych, gdzie odpowiednia wysokość pierścieni pozwala na
wykonanie tych, złożonych konstrukcyjnie, zamków
Rys.2.10. Pierścienie olejowe: a) o skośnej powierzchni roboczej, b) z podwójną
krawędzią roboczą; c) z podwójną, skośną krawędzią roboczą
73
Aby zapobiec wpadaniu zamków w okna wymiany ładunku i
łamaniu pierścieni, a także w celu poprawienia warunków docierania
nowych pierścieni w zużytej (wypracowanej) tulei, w silnikach wcześniej
konstruowanych były one utwierdzone w rowku w ściśle określonym po-
łożeniu za pomocą, na przykład kołków ustalających. Rozwiązanie to nie
jest już stosowane, ponieważ zwiększało niebezpieczeństwo zapiekania
pierścieni w rowku. Obecnie montuje się pierścienie, których końce w
pobliżu zamka są specjalnie spiłowane lub pierścienie o skorygowanych
naciskach. Dzięki temu w rejonie zamka występuje pewien luz między
pierścieniem a tuleją i nie dochodzi do uszkodzeń podczas ich przejścia
przez obszar okien wymiany ładunku.
Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne pierścieni olejowych zgarnia-
jących pokazano na rysunku 2.10. W celu zwiększenia ciśnienia na ściankę
cylindra i zabezpieczenia poprawnej pracy omawiane pierścienie mają
wąską powierzchnię roboczą. Przy ruchu tłoka w górę między pierścieniem
olejowym o skośnej powierzchni roboczej (rys.2.10a)) a tuleją powstaje klin
olejowy, którego ciśnienie działa na pierścień. Siła ciśnienia skierowana jest
prostopadle do powierzchni i rozkłada się na dwie składowe, z których jedna
dociska pierścień do dolnej półki rowka, a druga wciska go w rowek. Dzięki
temu olej swobodnie przechodzi utworzoną szczeliną między pierścieniem i
tuleją. Podczas ruchu tłoka w dół pierścień przylega do gładzi, zgarniając
olej, który jest odprowadzany otworem 1 do wnętrza tłoka.
W pierścieniu z podwójną krawędzią roboczą o kątach prostych
(rys.2.1 Ob)) znajdują się dodatkowo specjalny, obwodowy kanał 1 i prze-
cięcia 2. Taki pierścień zdejmuje olej ze ścianki cylindra nie tylko przy
ruchu tłoka w dół (olej odpływa otworem 4 w tłoku, przecięciem 2 w
pierścieniu i otworem 3 w rowku), ale i podczas ruchu w kierunku GMP
(olej odprowadzany jest przez otwory 3 w rowku).
Pierścień z dwiema skośnymi krawędziami roboczymi (rys.2.10c))
charakteryzuje się większymi względnymi naciskami na tuleję. Jest on
najczęściej składany, co pozwala na optymalne ukształtowanie obu pier-
ścieni (1 i 2). W niektórych silnikach wolno- i średnioobrotowych na
pierścieniach olejowych stosuje się najczęściej, w formie pierścieniowej
sprężyny, specjalne ekspandery dodatkowo rozprężające pierścienie.
W silnikach wodzikowych, dzięki stosowaniu lubrykatorowego sy-
stemu smarowania, pierścienie olejowe zgarniające stosowane są nie-
zmiernie rzadko (np. w silnikach firmy FIAT).
74
2.1.3. Sworznie tłokowe
Sworzeń tłokowy w silnikach bezwodzikowych służy do
przegubowego połączenia tłoka z korbowodem i przekazywania mu siły
ciśnienia gazów.
Warunki pracy sworznia to przede wszystkim obciążenie me-
chaniczne, ale także i cieplne pochodzące od nagrzewania się sworznia
od tłoka i sił tarcia w łożysku.
Działanie obciążeń mechanicznych (rys.2.1 la)) wywołuje w swo-
rzniu naprężenia zginające (szczególnie niebezpieczny przekrój 1-1) i
ścinające (przekrój II-II), jego powierzchnia robocza pracuje na ścieranie
w trudnych warunkach smarowania i przy dużych naciskach
Rys.2.11. Konstrukcja sworznia tłokowego- a) sworzeń pływający i pierścień
zabezpieczający; b) sworzeń z zaślepkami przeciwzatarciowymi
Wymagania dotyczące konstrukcji sworznia tłokowego są
następujące:
- wysoka promieniowa sztywność zabezpieczająca przed odkształ-
ceniem i zatarciem w łożysku,
- odporność na zużycie cierne - twarda warstwa wierzchnia,
- dobra wytrzymałość udarowa.
Materiały, z których wykonuje się sworznie tłokowe stanowią
niskowęglowa stal lub stal stopowa. Zewnętrzna powierzchnia sworznia
jest azotowana, hartowana i odpuszczana, a po zakończeniu obróbki
cieplnej - szlifowana i polerowana.
Sworznie mogą być pełne i drążone, o stałej lub zmiennej średnicy
roztoczenia. Drążone mają mniejszą masę, a zastosowanie zmiennej
75
wewnętrznej średnicy roztoczenia pozwala konstruktorowi racjonalnie
rozdzielić materiał. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych sworzni
pokazano na rysunku 2.11.
We współczesnych silnikach znajdują zastosowanie sworznie
pływające, które montuje się w tłoku z nieznacznym luzem lub wciskiem
Po nagrzaniu się tłoka podczas pracy silnika, sworzeń może się obracać
Dzięki temu siły tarcia są mniejsze, sworzeń wypracowuje się równo-
miernie na całym obwodzie, ma możliwość obracania się w tłoku w razie
zatarcia łożyska w łbie korbowodu.
Sworzeń pływający należy zabezpieczyć przed osiowym przemiesz-
czeniem (wysunięciem), aby nie doszło do uszkodzenia tulei cylindrowej.
Jednym z popularnych rozwiązań jest stosowanie pierścieni sprężystych 1
(rys.2.11a)) wkładanych w specjalne podtoczenia w tłoku lub, jak to
pokazano na rysunku 2.11b) żaślepek 3 wykonanych z materiału o
dobrych własnościach ślizgowych (przeciwzatarciowych). Zaślepki te
zamykają otwory sworznia 1, podnosząc jego promieniową sztywność i
polepszając odprowadzanie ciepła. Są w nich wykonane otwory 2, które
uniemożliwiają sprężenie powietrza podczas ich zakładania, a także
swobodny wypływ powietarza, gdy podczas pracy silnika dojdzie do
znacznego wzrostu temperatury, a więc i objętości powietrza
zamkniętego w sworzniu.
W niektórych silnikach w sworzniu wykonuje się osiowe i promie-
niowe otwory służące do doprowadzania oleju z łożyska sworznia na
powierzchnię tarcia tłok-sworzeń. W tym przypadku zaślepki mają
dodatkowo podkładki uszczelniające, zabezpieczające przed nadmiernym
wypływem oleju na gładz
tulei.
W silnikach średnioobrotowych dużej mocy w sworzniu wykonuje
się promieniowe otwory, przez które do spiralnych kanałów w denku
tłoka, doprowadzany jest olej do chłodzenia tłoka.
2.2. TRZONY TA
OKOWE
W silnikach wodzikowych trzon tłokowy łączy tłok z wodzikiem i
przekazuje mu siły ciśnienia gazów. Obciążenia mechaniczne wywołują
w trzonie naprężenia ściskające i powodują jego wyboczenie. Kon-
strukcja trzona tłokowego powinna spełniać dwa podstawowe wymagania:
76
1) mieć odpowiednią sztywność wzdłużną, 2) odznaczać się odpornością
powierzchni roboczej na zużycie.
Typowymi materiałami, z których wykonuje się trzony tłokowe są stale,
na przykład: 40, 45, 50 lub stale stopowe z dodatkiem chromu i niklu.
Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne trzonów tłokowych pokaza-
no na rysunkach 2.6, 2.12 i 2.13. Górna część trzona, łącząca się z
tłokiem wykonana jest najczęściej w postaci jednego (rys. 2.6a),b),e)g))
lub dwóch (rys.2.6c)) kołnierzy z okrągłą oporową powierzchnią, a część
dolna - w postaci końcówki z gwintem (rys.2.13b)) lub kołnierza
(rys.2.13c)), poprzez które łączy się z wodzikiem. Połączenie kołnie-
rzowe uważa się za skuteczniejsze, podnoszące wytrzymałość i sztyw-
ność poprzecznicy wodzika. Przekrój poprzeczny trzona może być pełny
(rys.2.6e),g)) lub drążony (rys.2.6a)-c)). Wiercenie w trzonie zmniejsza
masę, co wykorzystuje się do doprowadzania i odprowadzania medium
chłodzącego tłok. W tym celu może się tam znajdować dodatkowa rura
7 (rys.2.6a)) i 10 (rys.2.6c)) najczęściej wykonana z nierdzewnej stali, a
przy chłodzeniu tłoka wodą drążenie wypełnia się dodatkowo rurą
zabezpieczającą trzon przed korozją. Dobre chłodzenie trzona zapewnia
czynnik chłodzący, który dopływa do tłoka kanałem między wewnętrzną
ścianą trzona i rurą, a powraca rurą (rys.2.6b),c)).
b)
Rys.2.12. Konstrukcja dławicy trzona tłokowego: a), b) przykłady rozwiązań
Aby zwiększyć elastyczność połączenia nakrętką 7 niedrążonego
trzona 1 (rys.2.13b)) z wodzikiem 6, w końcówce trzona na pewnej
długości wykonany jest oiwór 2.
77
Uszczelnienie trzona w przegrodzie oddzielającej przestrzeń podtło-
kową od karteru silnika odbywa się poprzez dławicę W jej korpusie w
specjalnych obejmach znajdują się sprężyste żeliwne pierścienie ściśnięte
sprężynami 1 (rys.2.12a)). Pierścienie górny i dolny w dławicy są ścięte
stożkowo i zbieżne do jej środka. Przy ruchu tłoka w kierunku GMP
dolny pierścień ostrą krawędzią zgarnia z trzona cyrkulujący olej i
odprowadza go do karteru, a podczas ruchu w dół górny pierścień
zgarnia brudny olej cylindrowy, który, specjalnym kanałem między obej-
mą pierścienia a korpusem dławicy, jest odprowadzany do przestrzeni
podtłokowej lub układu ściekowego. Pierścień środkowy o przekroju
prostokątnym pełni typowe funkcje uszczelniające, co ma zapobiegać
przedostawaniu się powietrza doładowującego do karteru.
W konstrukcji pokazanej na rysunku 2.12b) dławicę wyposażono w
dwa pierścienie uszczelniające 1 i dwa zgarniające olej 7 Żeliwne pier-
ścienie uszczelniające są dwuczęściowe, z zakładkowym zamkiem,
ściskane sprężyną stalową 2, a olejowe mają najczęściej strukturę
trójsegmentową ze spiralnymi sprężynami 6. W górnym pierścieniu
olejowym wykonano specjalne podtoczenie do odprowadzania oleju w
przestrzeń za pierścieniem, a póz
niej kanałem 5 do karteru. Przestrzeń
3, pomiędzy pierścieniami olejowymi i uszczelniającymi, połączona jest
kanałem 4 ze specjalnym zaworem kontrolnym Pozwala to na diag-
nozowanie pracy dławicy; obecność powietrza doładowującego za zawo-
rem świadczy o złej jakości pracy pierścieni uszczelniających, a występo-
wanie oleju - o wadliwej pracy pierścieni olejowych.
2.3. WODZIKI
Wodzik w silnikach wodzikowych łączy przegubowo trzon tłokowy z
korbowodem i odciąża cylinder, przenosząc składową normalną siły
gazowej.
Jest on zbudowany z poprzecznicy 1 (rys.2 13a)) z czopami (lub
czopem), dwóch łożysk korbowych i jednej lub dwóch łyżew 3
przekazujących siłę normalną N na prowadnice
W czasie pracy silnika elementy wodzika poddawane są
obciążeniom mechanicznym (siła P i siła bezwładności P), które dążą
do zgięcia poprzecznicy (niebezpieczny przekrój 1-1) i czopów
wodzikowych (niebezpieczny przekrój II II) Końcowe czopy łyżew
78
wodzika także narażone są na zginanie pod działaniem sił bezwładności P] i
siły normalnej N działającej na prowadnice (niebezpieczny przekrój III III)
Rys 2.13 Konstrukcja wodzików, a) i b) SULZER RD, c) MAN KSZ
Konstrukcja wodzika powinna spełniać kilka istotnych wymagań,
wśród których wymienić można:
- wysoką sztywność poprzecznicy, co zapewnia niezawodną pracę
łożysk korbowych,
- odpowiednią wytrzymałość,
- odporność czopów łożyskowych i powierzchni ślizgowych łyżew
na zużycie,
79
- możliwość pracy silnika ze zdemontowanym tłokiem (sytuacja
awaryjna).
Materiałami używanymi do wykonania wodzika są najczęściej stal
węglowa 45,50 lub stal stopowa. A
yżwy wykonywane są również ze stali
lub staliwa i wylane białym materiałem (stopem łożyskowym).
Typowe konstrukcje wodzików pokazano na rysunku 2.13. W
wodziku z dwiema dwustronnymi łyżwami (rys.2.13b)) do górnej części
korbowodu 8, śrubami 10 mocowane są dwa łożyska korbowodu 9,
obejmujące czopy łożyskowe poprzecznicy 6. Dwustronne łyżwy 5 mon-
tuje się na końcowych czopach wodzika, a ograniczenie ich osiowego
ruchu następuje po założeniu pierścieni 4, przykręconych do powierz-
chni wodzika. Krążki zabezpieczające są z niewielkim luzem mocowane
w wodziku w specjalnych podtoczeniach pierścieni 4. A
yżwy, umoco-
wane w opisany sposób, mogą dążyć do samoustawienia, nieznacznie
obracając się na czopach. Podczas pracy silnika ze zdemontowanym
tłokiem (awaria układu) pierścień 3 ustala położenie poprzecznicy wodzika,
który pod działaniem sił tarcia zmierzałby do zmiany położenia.
Prezentowane rozwiązanie pozwala również na normalne doprowadzenie
oleju na gładz
łyżew.
Olej do smarowania elementów wodzika dopływa za pośred-
nictwem przegubowych rur umocowanych do jego poprzecznicy i dalej,
kanałem w poprzecznicy, dociera do osiowych wierceń rozprowa-
dzających go do łożysk korbowodu i łyżew.
Na rysunku 2.13c) pokazano wodzik z jedną łyżwą jednostronną.
Rozwiązanie to spotyka się już coraz rzadziej. Do górnej części korbo-
wodu 14, śrubami 16 zamocowano dolną połówkę 13 łożyska korbowe-
go z cienkościenną panewką 12. Dwie górne połówki 9 łożyska również
wyłożone są cienkościennymi panewkami 10. W wydrążonym czopie 11
łożyska wykonano poprzeczny wpust, w którym ułożono i umocowano
śrubami 8, łyżwę z poprzecznicą 3. Do niej, szpilkami 17, przymoco-
wano kołnierz trzona tłokowewgo 1. W celu uproszczenia centrowania
tłoka w cylindrze przewidziano możliwość przesuwania trzona względem
powierzchni oporowej poprzecznicy (do 2 mm od osi w dowolnym kie-
runku). Do tego celu służą dwa mimośrodowe pierścienie 4 i 5, w któ-
rych umieszczony jest kołnierz trzona. Podczas suwu rozprężania jedno-
stronna łyżwa 2 całą powierzchnią ślizgową przekazuje siłę normalną N
na prowadnicę 6. W czasie suwu sprężania, przy zmianie kierunku
80
działania tej siły pracują tylko dwie wąskie powierzchnie, ślizgając się po
listwach 7 (prowadnicach) dla ruchu wstecz.
Do górnych, nie obciążonych, części łożyska wodzika i na powierz-
chnię ślizgową łyżwy olej doprowadzany jest z łożyska korbowego
wierceniami w korbowodzie, dolnym korpusie łożyska i łyżwy. Natomiast
dolna, mocno obciążona półpanewka łożyska zasilana jest olejem przez
dwie dwunurnikowe pompy 15 (na rysunku pokazana jest tylko jedna z
nich), które wytwarzają ciśnienie 7-8 MPa. Są one zawieszone na
korbowodzie i pracują dzięki jego wahadłowemu ruchowi. To wysokie
ciśnienie i sztywna konstrukcja łożyska zapewniają hydrostatyczne
smarowanie. Zaletą tej konstrukcji jest prosta budowa i eksploatacja.
Wadą zaś, możliwość przekoszenia trzona tłokowego pod działaniem sił
bezwładności łyżwy, niejednakowe warunki pracy przy jez
dzie  naprzód"
i  wstecz" oraz utrudniony dostęp do elementów ruchowych od strony
prowadnicy.
2.4. KORBOWODY
Korbowód służy do zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka na
ruch obrotowy wału korbowego i przekazanie mu sił pochodzących od
ciśnienia gazów działających na tłok. Składa się on z łba 2 (rys.2.14a)),w
którym znajduje się łożysko tłokowe lub wodzikowe 1, trzona korbowodu
3 i stopy 4 z łożyskiem korbowym 6 i śrubami 5. W silnikach
bezwodzikowych łeb korbowodu łączy się ze sworzniem tłokowym, a w
wodzikowych z czopami poprzecznicy wodzika. Stopę korbowodu
montuje się na czopie korbowym wału.
Warunki pracy korbowodu określa przede wszystkim jego ob-
ciążenie siłą P = P + Pj (suma siły gazowej i bezwładności). Dolna
g
część łba i górna część stopy są ściskane siłą P, a trzon ściskany i
zginany. Nieznaczne zginanie w płaszczyz
nie ruchu korbowodu nie
wpływa w istotny sposób na pracę silnika, ale zginanie w płaszczyz
nie
osi wału może doprowadzić do pogorszenia warunków pracy łożysk
korbowych. W silnikach szybkobieżnych trzon dodatkowo poddawany
jest jeszcze poprzecznemu zginaniu w płaszczyz
nie ruchu, będącemu
efektem działania sił bezwładności.
Śruby w stopie korbowodu obciążone są statyczną siłą napięcia Pb,
powstałą przy ich dociąganiu, i momentem skręcającym M, wywoła-
nym tarciem w tym połączeniu gwintowym.
81
Rys 2.14. Elementy korbowodów i ich obciążenie a) przykład korbowodu silnika czterosuwowego, b) obciążenia
przenoszone przez korbowód silnika Z 40/48, c) łeb korbowodu silnika wodzikowego i odkształcenia w łożysku
W silnikach czterosuwowych, przy zmianie znaku siły P, górna część
łba korbowodu jest ściskana, rozrywana (niebezpieczny przekrój I-I) i
zginana (niebezpieczny przekrój II II), trzon - rozrywany (niebezpieczny
przekrój III-III), a dolna część stopy - ściskana i zginana (niebezpieczny
przekrój IV-IV). Śruby korbowodowe dodatkowo zostają obciążone
naprężeniami rozrywającymi i uderzeniami, wynikającymi z ruchów
korbowodu w ramach luzu łożyskowego. A
ożyska korbowodowe pracują
przy bardzo dużych naciskach jednostkowych osiągających 20-30 MPa i
więcej. Na rysunku 2.14b) pokazano przykładowe wykresy zmian
jednostkowych ciśnień działających w łożysku korbowym silnika
SULZER Z 40/48 w funkcji kąta odchylenia korbowodu od osi
symetrii układu.
A
ożysko korbowe górne pracuje w obszarze wysokich temperatur.
Luz w łożysku w silniku czterosuwowym wywołuje dodatkowo obciążenia
uderzeniowe. Energia kinetyczna uderzenia bardzo szybko rośnie wraz z
pogarszającym się stanem technicznym tego węzła funkcjonalnego silni-
ka, to jest przy wzroście luzu w łożysku i eliptyczności sworznia.
Warunki pracy łożysk korbowodu we współczesnych konstruk-
cjach okrętowych silników wolnoobrotowych określają następujące czynniki:
1. Duże wartości siły P (P = P + Pj) nawet do 8000 kN wywołują
g
znaczne jednostkowe naciski działające na powierzchnię stopu łożysko-
wego i są często bliskie wartościom granicznym.
2. Wahadłowy ruch korbowodu ze względnie niedużą prędkością
kątową nie sprzyja tworzeniu się optymalnych warunków do smaro-
wania łożysk. Powoduje to częste zrywanie filmu olejowego, na przykład
podczas każdej zmiany kierunku ruchu wahadłowego (dwa razy na
obrót), a także w stanach nieustalonych - szczególnie podczas rozruchu i
zatrzymywania silnika.
3. W sytuacji, gdy doprowadzenie oleju odbywa się drążeniem w
korbowodzie (rozwiązanie powszechnie stosowane), to siły bezwładności
masy oleju mogą zakłócić jego podawanie do łożysk, szczególnie w obie-
gowych systemach smarnych pracujących przy niezbyt dużych ciśnie-
niach roboczych (0,12-0,18 MPa).
4. Niewystarczająca sztywność czopów łożyskowych poprzecznicy
wodzika może doprowadzić do ich odkształcenia (rys.2.14c)) w momen-
cie występowania maksymalnych nacisków. Jednostkowe ciśnienia na
powierzchnię łożysk rozkładają się nierównomiernie, z bardzo dużymi
83
wartościami na wewnętrznych krawędziach 1 łożysk, co wywołuje ich in-
tensywne zużycie.
Przedstawionym warunkom pracy odpowiada konstrukcja korbo-
wodu, która powinna charakteryzować się:
 dużą sztywnością i wytrzymałością przy możliwie małej masie,
aby ograniczyć wpływ sił bezwładności;
 wymiarami dolnej części korbowodu pozwalającymi na
swobodny demontaż korbowodu wraz z tłokiem przez tuleję;
 wysoką wytrzymałością zmęczeniową i elastycznością (podatnością).
Materiałami, z których najczęściej wykonuje się korbowody są: stal 35,
40, 45 i stale stopowe.
Konstrukcja górnej części korbowodu - łeb jest uzależniona od typu
silnika.
Rys.2.15.A
by korbowodów i łożyska sworznia tłokowego: a), d) przykłady rozwiązań
konstrukcyjnych łbów korbowodów; b), c) przykłady łożysk
84
W silnikach bezwodzikowych łeb (rys.2 15a)-c)) zazwyczaj jest nie
dzielony, odkuty łącznie z trzonem. Zaprasowuje się w nim i często do-
datkowo zabezpiecza przed obrotem oraz przesunięciem osiowym (śruba 6
na rys.2.15a)) tuleję 4 stanowiącą łożysko ślizgowe. W silnikach czterosuwo-
wych odpowiednią sztywność i wytrzymałość łba często uzyskuje się stosując
dodatkowe specjalne żebra. Aby zmniejszyć naciski względne w łożysku
korbowym sworznia tłokowego wykorzystuje się łożyska o zmiennym
przekroju, w których najbardziej obciążona powierzchnia oporowa 8 jest
pogrubiona (rys.2.15c)). W niektórych przypadkach łeb korbowodu
wykonany jest jako kołnierz 9 (rys.2.15d)), do którego mocowany jest
sworzeń tłokowy. Leb korbowodu może być także wykonany w postaci
kulistej (rys.2.5b)) pozwalającej dodatkowo na obrót tłoka. Olej doprowa-
dzony jest najczęściej do górnego łożyska wierceniem 1 w korbowodzie
(rys.2.15a)) lub rurką przymocowaną do trzona korbowodu. Aby olej mógł
dotrzeć na powierzchnię roboczą łożyska, do kieszeni 5, wytacza się
obwodowy lub półobwodowy rowek 2 i promieniowe otwory 3. Roz-
prowadzanie oleju na długości łożyska w silnikach czterosuwowych uzyskuje
się dzięki wspomnianym kieszeniom 5, a w dwusuwowych wspomnianą
funkcję pełnią specjalne kanały znajdujące się w dolnej części łożyska lub
spiralne kanały 7 (rys.2.15b)); olej jest wówczas rozprowadzany po całej
powierzchni łożyska. Kanały, o których mowa służą jednocześnie do
akumulacji oleju, zapewniając poprawną pracę łożyska podczas rozruchu
silnika.
We współczesnych silnikach wodzikowych górna część korbowodu
wykonana jest w postaci bardzo sztywnej płyty 3 (rys.2.16a),b)), do której
mocuje się dolne 2 i górne 1 połówki łożyska sworznia wodzikowego.
Aby poprawić równomierność rozkładu ciśnień jednostkowych na
powierzchni roboczej łożyska i podnieść niezawodność jego pracy, dolne
połówki łożyska wykonuje się jako podatne. Uzyskuje się to przez niesy-
metryczne położenie żebra oporowego względem osi symetrii korbo-
wodu (rys.2.16b)) lub przez zróżnicowanie grubości zewnętrznej i
wewnętrznej ścianki dolnej połówki łożyska. Porównując oba rozwią-
zania podkreśla się, że niesymetryczne podparcie jest mniej efektywne
aniżeli zastosowanie zróżnicowanej grubości ścianek W pierwszym
przypadku niewspółosiowość podpory i obciążenia wywołuje powstanie
momentu deformującego podporę tak, że jej wewnętrzny koniec
opuszcza się. W tej sytuacji roboczymi powierzchniami są dwie cylin-
85
Rys 2 16. A
by korbowodów i ich łożyska silników wodzikowych. a) SULZER RD, b) B&W K-GF, c) przekrój
poprzeczny układu łożyskowego łba korbowodu silnika wodzikowego
dryczne powierzchnie, obrócone do siebie wypukłościami. Obciążenie
nie jest więc przenoszone przez całą powierzchnię łożyska, a tylko jej
wąską część. W drugiej sytuacji, gdy stosunek grubości ścianek jest
prawidłowy, dolna część roboczej powierzchni łożyska odkształca się tak
samo jak czop (wypukłością ku dołowi), a jednostkowe ciśnienia
działające w dół osi łożyska rozkładają się bardziej równomiernie w
całym zakresie obciążeń silnika.
We współczesnych, wolnoobrotowych silnikach okrętowych łożyska
wodzika często wyposażone są we wkładki stalowe cienkościenne 4
(rys.2.16b)), wylane stopem łożyskowym. W razie konieczności (w
sytuacji awaryjnej) bardzo łatwo można dokonać zmiany wkładki dolnej z
górną. Bywa też, że wkładka znajduje się tylko w dolnej części łożyska
(np. w silnikach SULZER RLA).
Bardzo dobre eksploatacyjne oceny uzyskały łożyska wodzika z
wkładkami w kształcie rombów. Składają się one ze stalowej osnowy C
(rys.2.16c)), na którą naniesiono warstwę brązu ołowiowego B z prze-
cinającymi się pod kątem 14� rowkami (fazami) zalanymi stopem
ołowiowym metodą odśrodkową.
Po obróbce mechanicznej na powierzchnię roboczą nanosi się galwa-
nicznie warstewkę A, ze względu na dotarcie łożyska (88% ołowiu,
cyna i miedz
). Omawiane łożyska wymagają hydraulicznego montażu z
dodatkową kontrolą równomierności wydłużenia śrub.
Olej do łożyska doprowadzony jest z łożyska korbowego
wierceniem w korbowodzie lub bezpośrednio, z wykorzystaniem
specjalnych rur przegubowych lub teleskopowych.
Trzon korbowodu może przybierać różne formy. Jego przekrój
poprzeczny może być na przykład kołowy, dwuteowy, w kształcie litery
H itp. Zawsze dąży się do uzyskania możliwie największej sztywności
przy najmniejszej masie. Ponieważ największy moment zginający działa
w pobliżu stopy korbowodu, czasami wykonuje się korbowód silnika
wolnoobrotowego stopniowo pogrubiający się od łba w kierunku stopy.
Dolna część korbowodu (stopa) w silnikach okrętowych
może występować w dwóch wersjach: łączona z trzonem lub wykonana
wraz z nim. Stopa łączona (rys.2.17a)) jest przykręcana do trzona
śrubami 10. Aby zabezpieczyć je przed działaniem sił bocznych, a także
dla ułatwienia centrowania tych elementów stopa korbowodu pokazana
87
Rys 2 17. Stopy korbowodów silników okrętowych- a) L 275 Skoda,
b) SULZER Z 40/48; c) NVD 36, d) PIELSTICK PC-2, e) STORK-WERKSPUR
TM410, f) M 400, g,h) specjalne nakrętki śrub korbowodowych
88
na rysunku wyposażona jest w specjalny wypust 11. Stopa ta dzielona
jest prostopadle do osi korbowodu. Jej połówki (dolną 2 i górną 6)
wylano bezpośrednio materiałem łożyskowym. Pomiędzy górną
połówką stopy 6, a trzonem 8 znajduje się kompensacyjna podkładka 7,
za której pomocą możliwa jest regulacja wysokości komory spalania, a
więc stopnia sprężania.
W celu regulacji luzu w łożysku w płaszczyz
nie podziału stopy
przewidziano podkładkę regulacyjną 3. Śruby 10 zabezpieczają przed
wypadnięciem po zdjęciu nakrętek śruby oporowe 5, które często
jednocześnie są zabezpieczeniem awaryjnym (w razie zerwania śruby).
Zaletami omawianego rozwiązania - stopy łączonej z trzonem są między
innymi:
- możliwość wymiany całej stopy,
- ewentualność regulacji stopnia sprężania,
- możliwość zwiększenia sztywności wału korbowego poprzez
wzrost średnicy jego szyjek,
- wygoda w montażu i demontażu korbowodu.
We współczesnych silnikach okrętowych średnioobrotowych często
stosuje się łączone z korbowodem stopy 3, przykręcane do jego dolnej
części 2 nie śrubami, ale szpilkami 1 (rys.2.17b)). Konstrukcja ta
pozwala na znaczne zwiększenie sztywności wału przez wzrost średnicy jego
szyjek, z zachowaniem możliwości demontażu korbowodu przez cylinder.
W korbowodach, w których stopa nie została dołączona do trzona,
jej górna część jest odkuwana wraz z trzonem (rys.2.17c)). A
ożysko kor-
bowe tworzy wkłady - górny 5 i dolny 3, wylane stopem łożyskowym.
Dolny wkład często zabezpiecza się przed obrotem, stosując kołki
ustalające 1. Częściej jednak to zabezpieczenie stanowią same śruby
łożyskowe, które, w celu zmniejszenia wymiarów stopy, przechodzą
blisko szyjki wału, a w panewkach łożyska wykonane są specjalne
kieszenie. Dolna połówka 2 stopy korbowodu centrowana jest z górną
śrubami łożyskowymi lub specjalnymi występami 4 na krawędziach
dolnej połówki (w tym przypadku śruby odciążone są od działania
bocznych sił).
W celu umożliwienia regulacji luzu łożyskowego w płaszczyz
nie po-
działu stopy w niektórych konstrukcjach przewidziano montaż
podkładek regulacyjnych, jednakże we współczesnych konstrukcjach
okrętowych silników średnio- i szybkoobrotowych w zasadzie się już ich
89
nie stosuje lub występuje tylko jedna, o ściśle określonej grubości.
Wynika to głównie z konieczności zachowania odpowiedniej sztywności
połączenia i tym samym stworzenia odpowiednich warunków pracy
łożyska.
Stopy dzielone w płaszczyz
nie przebiegającej pod kątem względem
osi symetrii korbowodu (rys.2.17d)) pozwalają na zwiększenie sztywno-
ści wału poprzez wzrost średnicy jego szyjek, przy jednoczesnym
zachowaniu możliwości demontażu korbowodu przez cylinder Mniejsza
jest również siła P , która dąży do rozerwania śrub łożyskowych 1
p
Aby możliwe było przejmowawnie bocznej składowej - siły ścinającej
P , na powierzchniach styku stopy wykonuje się specjalny, stopnio-
c
wany zamek. Wspomniane powierzchnie mogą być też zębate (na
rys.2.17d)) - nie pokazano tej możliwości. Na rysunku 2.17e) pokazano
stopę korbowodu silnika STORK-WERKSPUR dzieloną dwoma
skośnymi płaszczyznami. Obie powierzchnie pomiędzy częściami 1, 2 i
3 mają nacięte zęby i są łączone śrubami leżącymi w płaszczyz
nie
poziomej. Jest to konstrukcja charakteryzująca się dużą sztywnością.
Pozwala ona również na wzrost średnicy szyjek korbowych wału, z
jednoczesnym zachowaniem możliwości demontażu korbowodu przez
cylindr, a części stopy przez karter. Śruby są tylko nieznacznie
obciążone, gdyż leżą w płaszczyz
nie poziomej, a więc tam, gdzie
działanie sił bezwładności jest najmniejsze.
W silnikach w układzie cylindrów V najczęściej przyjmuje się
stopę wspóiną dla obu korbowodów. Główny korbowód 1 (rys.2.17f))
łączy się z dzieloną stopą. A
ożysko wyłożone jest dwiema cienko-
ściennymi półpanewkami. Dolna część 8 stopy mocowana jest z górną
pasowanymi kołkami 7. Drugi, dołączany korbowód 3 wyposażony jest
w stopę nie składaną, z panewką ślizgową 4 i łączy się z główną stopą
za pośrednictwem sworznia 2. A
ożysko to jest smarowane olejem, który
dociera tam kanałami 6 i 5 z łożyska korbowego. Omawiane rozwiązanie
powoduje, że długość szyjek korbowych wału w stosunku do silnika
rzędowego nie zwiększa się, jednakże taki układ jest bardziej obciążony.
Górne części stóp korbowodu przekazują na wykorbienie wału su-
maryczną siłę (sumę siły gazowej i sił bezwładności) i w związku z tym są
bardzo masywne. Dolne ich części w silnikach czterosuwowych są obcią-
żone siłami bezwładności i masę ich również zazwyczaj zwiększa się
(rys.2.17c) lub wzmacnia specjalnymi żebrami (rys.2.17a)).
90
W silnikach dwusuwowych dolna połówka stopy też często bywa
masywnym elementem, tym razem głównie z uwagi na działanie obcią-
żeń o charakterze udarowym. Dąży się przy tym do tego, aby środek
ciężkości korbowodu znajdował się bliżej osi symetrii stopy, co
powoduje wzrost masy biorącej udział w ruchu obrotowym. Rosnąca
siła bezwładności odciąża wówczas wykorbienie wału od siły ciśnienia
gazów. W silnikach wolnoobrotowych, w celu zmniejszenia masy stopy,
tę ostatnią wykonuje się czasami jako zróżnicowaną (dużą powierzchnię
ma, najbardziej obciążona, górna część). Obniżenie naprężeń
udarowych działających na łożysko korbowe uzyskuje się w takiej
sytuacji dzięki działaniu dużych sił bezwładności.
Smarowanie łożyska korbowego odbywa się z obiegowo-ciśnienio-
wej instalacji smarnej i od łożysk ramowych olej dociera do tego miejsca
drążeniami w wale korbowym. Może też dopływać z łożysk wodzikowych
wierceniem w korbowodzie i odpowiednim kanałem w stopie. Aby zape-
wnić stały dopływ oleju z łożyska korbowego do rurki 12 (rys.2.17a)) lub
kanału 7 (rys.2.17c)), którymi to drogami jest on doprowadzany do łożyska
sworznia tłokowego, w łożysku korbowym wykonuje się specjalny kanał 14
i otwór 13 (rys.2.17a)). Ponieważ jednak kanał taki, umiejscowiony w
najbardziej obciążonej, górnej części łożyska, utrudnia tworzenie się kima
smarnego i obniża nośność łożyska, w niektórych silnikach nie uwzględnia
sił prezentowanego rozwiązania. Wykonuje się, na przykład, jak to
pokazano na rysunku 2.17c), jeden lub dwa rowki 9 w dolnej połówce
łożyska i olej dostaje się do kanału osiowego 7 w korbowodzie skośnymi
kanałami 6 i 8 wykonanymi w górnym korpusie łożyska. Ucieczce oleju z
przestrzeni olejowej korbowodu po zatrzymaniu silnika zapobiega zawór
zwrotny montowany często w trzonie w dolnej części kanału.
Śruby łożyskowe są niezwykle ważnym i odpowiedzialnym elemen-
tem, ich zerwanie bowiem prowadzi najczęściej do bardzo poważnej
awarii silnika. Zazwyczaj występują dwie śruby, ale czasami, w celu
zmniejszenia gabarytów stopy korbowodu, montuje się cztery śruby o
mniejszej średnicy. W tychże śrubach w obszarze połączeń elementów
stopy korbowodu (4 na rys.2.17a)) występują płaszczyzny pasowane.
Przed obrotem śruba może być zabezpieczona kołkiem 1 (rys.2.17a))
lub specjalnymi występami w stopie. Nakrętki śrub są w kształcie korony
(9 na rys.2.17a)) lub w innym, specjalnie dobranym, co ma ułatwić owo
zabezpieczenie przed odkręcaniem. Z uwagi na to, że zazwyczaj tylko
91
kilka pierwszych zwojów gwintu (2-3 zwoje) przenosi obciążenia, w
niektórych tego typu połączeniach mogą być stosowane nakrętki o
specjalnym kształcie. Na rysunku 2.17g) pokazano nakrętkę, w której
oporowa powierzchnia znajduje się poniżej zwojów gwintu. Na rysunku
2.17h) zaprezentowano nakrętkę z obniżoną sztywnością, pracującą na
rozciąganie i zapewniającą równomierne obciążenie praktycznie
wszystkich zwojów.
W celu zapewnienia śrubom odpowiedniej wytrzymałości zmę-
czeniowej i podatności stosuje się następujące zabiegi:
" Średnicę śruby między odcinkami centrującymi zmniejsza się o
około 0.85-0.95 wewnętrznej średnicy gwintu.
" Zwiększenie podatności umożliwia wiercenie śruby na pewnej
części długości.
" Przejścia do powierzchni centrujących, gwintów i łbów odbywają
się łagodnie, z dużym promieniem.
" Powierzchnie śrub są szlifowane.
" Gwint ma charakterystyczny zarys, na co składa się między inny-
mi duży promień jego grzbietów i dolin.
Siłę, z jaką napinana będzie śruba, wyznacza się metodę obliczenio-
wą. Zarówno zbyt słabe jak i zbyt mocne napięcie, a także jego nierów-
nomierność może doprowadzić do poluzowania połączenia i w dalszej
konsekwencji do jego zerwania. Dlatego też w instrukcji obsługi silnika
podaje się wartość wydłużenia śruby po jej napięciu albo uwzględnia się
siłę lub moment na kluczu dynamometrycznym, albo też - co ma miejsce
obecnie coraz częściej - wartość ciśnienia oleju na prasie hydraulicznej.
2.5. WAA
Y KORBOWE
Wał korbowy silnika służy do zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego
tłoków na obrotowy i przekazywaniu momentu obrotowego odbiorni-
kowi mocy.
Wał korbowy jest jednym z najbardziej odpowiedzialnych, obciążo-
nych i drogich elementów. Jego koszt dochodzi nawet do 30% ceny
całego silnika, a masa może wynosić około 15% masy silnika.
Wał korbowy składa się z wykorbień 2 (rys.2.18a)), swobodnego
końca 1, końca 4 przekazującego moc i sztywnego kołnierza łączącego 3.
92
Przy niezbyt dużych wymiarach i masie wał może być wykonany w
całości (rys.2.18b)). Każde wykorbienie składa się z dwóch ramion 3,
dwóch szyjek ramowych 4 umieszczonych w łożyskach ramowych 6 i z
szyjki korbowej 2 łączącej się z dolną częścią korbowodu 5.
Na wale znajduje się koło zębate 1, które służy do przekazywania
napędu na mechanizmy pomocnicze, przeciwciężary 7, koło zębate 8
napędu wału rozrządu, koło zamachowe, czasami również - tłumik drgań
wzdłużnych i skrętnych.
Warunki pracy wału korbowego polegają na tym, że
przejmuje on obciążenia pochodzące od działania sił gazowych i sił
bezwładności od mas biorących udział w ruchu postępowym i
obrotowym. Te siły wywołują - zmienne co do znaku - momenty
skręcające i zginające, zużywanie się szyjek wału i łożysk, a także
zmęczeniowe uszkodzenia w miejscach największej koncentracji
naprężeń.
Okresowo zmieniający się moment obrotowy jest przyczyną drgań
skrętnych, poprzecznych (pod działaniem sił bezwładności) i osiowych
(wał jest ściskany i rozciągany po osi), które przy rezonansie mogą
wywołać znaczące dodatkowe naprężenia i w ich konsekwencji - w skraj-
nym przypadku - spowodować pęknięcie wału. Dodatkowe naprężenia
w wale powstają również w wyniku skrzywienia jego osi na skutek, na
przykład wadliwego ułożenia w łożyskach, nierównomiernego wypraco-
wywania się łożysk ramowych czy też na skutek deformacji ramy funda-
mentowej. Składowe siły Pk działającej w osi korbowodu, siła styczna T
i promieniowa Z wywołują reakcje w łożyskach ramowych T/2 i Z/2
(rys.2.18c)). Momenty obrotowe, przekazywane przez pierwszą i drugą
szyjkę ramową wynoszą odpowiednio M0 i M0'
Reakcje od sił T i Z zginają szyjkę korbową (przekrój niebezpiecz-
ny I-I), ramiona korb (przekrój niebezpieczny II-II) i ramowe szyjki wału
(przekrój III-III), a moment obrotowy M , jako efekt pracy sąsiednich
o
cylindrów, skręca korbowy i główny czop wału. Ramię dodatkowo jest
ściskane siłą promieniową Z/2 i skręcane momentem od siły T/2.
Siły bezwładności Pj w GMP skierowane są do góry i odciążają
elementy ruchowe oraz wał korbowy od działania skierowanych w dół sił
gazowych P (rys.2.18d)). W związku z tym jednym z najbardziej trudnych
g
stanów pracy wału korbowego i innych elementów silnika jest rozruch.
Maksymalne ciśnienie spalania może wówczas przekraczać 1.3-1.5 raza
93
Rys 2 18 Konstrukcja wału korbowego, siły i momenty sił działające na wał a), b) przykłady wałów korbowych
silników okrętowych, c), d) obciążenie wału
ciśnienie w warunkach ustalonej pracy, a siły bezwładności mają warto-
ści nieznaczne Wraz z tym, powstające w czasie pracy silnika od siły Pj
momenty Mj dążą do zgięcia wału korbowego w płaszczyznach ich
działania Deformacja wału przejmowana jest przez łożyska ramowe.
Rys.2.19 Konstrukcja wykorbień wału korbowego a)-g) przykłady konstrukcji
wykorbień wału korbowego, h)-j) kształty ramion korb
95
Do wymagań, którym musi sprostać konstrukcja wału korbo-
wego należą:
- możliwie duża sztywność i wytrzymałość przy względnie małej
masie,
- wysoka wytrzymałość czopów wału na zużycie,
- dobre wyrównoważenie dynamiczne.
Typowe materiały, z których wykonuje się wały stanowią stale węglowe
35, 40, 45, 50, stale stopowe, na przykład chromowoniklowe i chro-
mowoniklowowanadowe Dodatki stopowe przede wszystkim poprawia-
ją wytrzymałość zmęczeniową wału i jego odporność na zużycie
Wykorbienia wału korbowego wykonuje się w całości (rys 2 19a)),
półskładane (rys 2.1%)) lub składane (rys.2.19c)). W technologii
składanej i półskładanej połączenie oddzielnych elementów odbywa się
metodami temperaturowymi (połączenie skurczowe lub rozkurczowe),
najczęściej bez dodatkowych elementów pośredniczących, na przykład
kołków ustalających czy klinów. Technologia ta dominuje głównie w
silnikach wolnoobrotowych z wałami o dużej średnicy czopów Wały.
silników okrętowych sa również spawane, co pokazano na rysunku 2 20.
Kąt rozmieszczenia korb i kolejność zapłonów w cylindrach są
konsekwencją analizy zmierzającej do uzyskania największej równomier-
ności obciążenia momentem, możliwie pełnego wyrównoważenia mas,
równomiernego obciążenia łożysk ramowych, optymalnego wykorzystania
energii gazów wylotowych dla silników doładowanych oraz jak naj-
mniejszych, dodatkowych naprężeń pochodzących od drgań skrętnych.
W celu zapewnienia równomiernej prędkości obrotowej wału za-
płony w poszczególnych cylindrach powinny występować w równo-
miernych kątowych odstępach: dla silnika czterosuwowego = 720/i,
a dla dwusuwowego = 360/i, gdzie  i" jest liczbą cylindrów
W silnikach szybkobieżnych warunek najlepszego wyrównoważenia
jest wymogiem podstawowym i dlatego dobór kąta może nie pod-
legać przedstawionej ogólnej zasadzie. Aby wypełnienie postulatu
równomierności obciążenia wału i łożysk głównych było możliwe,
kolejne zapłony nie powinny się odbywać jednocześnie w sąsiednich
cylindrach, wówczas bowiem łożysko główne znajdujące się między
takimi cylindrami będzie przeciążone.
Czopy główne i korbowe wału zazwyczaj mają tę samą średnicę, ale
w niektórych konstrukcjach okrętowych silników średnio- i szybko-
96
bieżnych, by zapewnić możliwość demontażu korbowodu przez cylinder,
czasami zmniejsza się średnicę czopa korbowego o około 10-15% w
stosunku do głównego. Miejsca przejścia czopów do ramion korby
wykonuje się jako  płynne" (o możliwie dużym promieniu zaokrąglenia),
aby zmniejszyć niebezpieczeństwo koncentracji naprężeń.
Rys.2.20 Spawany wał korbowy
Występujące w szyjkach wału wiercenia mają często bardzo różny
charakter i przeznaczenie. Mogą być wykonane na przykład w celu:
- zmniejszenia masy wału (wiercenia w szyjkach i korbach),
97
- zmniejszenia sił bezwładności pochodzących od nie zrównowa-
żonych mas biorących udział w ruchu obrotowym (wiercenia w szyjkach
korbowych),
- doprowadzenia oleju do łożysk korbowych,
- dokładnego wyrównoważenia wałów, w których nie stosuje się
przeciwciężarów (otwory mogą mieć wówczas różną średnicę).
Należy również pamiętać, że, szczególnie w silnikach wolnoobroto-
wych, unika się wierceń, mogą one bowiem być miejscami koncentracji
naprężeń i obniżać wytrzymałość wału.
Smarowanie czopów wału korbowego odbywa się z obiegowo-ci-
śnieniowego systemu smarnego. Olej jest zazwyczaj doprowadzany od-
dzielnymi rurkami do każdego z łożysk głównych ze zbiorczego kolektora
oleju, a dalej, wierceniami w wale, dociera do łożysk korbowych. Jeżeli
w wale nie ma wierceń, to wówczas, tak jak poprzednio, olej dociera do
smarowania łożysk głównych, natomiast łożyska korbowe zasilane są
olejem, który - wierceniem w korbowodzie - dopływa do nich z łożysk
wodzikowych.
Czasami, w celu doprowadzenia oleju od łożyska głównego do
korbowego, stosuje się skośne wiercenie (rys.2.19a)), przy czym, aby
zrealizować ciągły dopływ oleju do łożyska korbowego i dalej, wierce-
niem w korbowodzie, do łożyska sworznia tłokowego, w łożysku
głównym i korbowym wykonuje się specjalne kanały. Kanały te nie są
rozwiązaniem zbyt korzystnym i dlatego w niektórych konstrukcjach w
czopie głównym robi się dwa wiercenia dolotowe 1 i 2 (rys.2.19d)), a w
czopie korbowym - wylotowe 3 i 4. Jeżeli otwory odciążające wykonane w
szyjkach wału są również wykorzystywane jako kanały olejowe, to wówczas
ich zakończenia uszczelnia się specjalnymi zaślepkami 5 (rys.2.19e)).
Rozwiązanie to nie jest uważane za optymalne, ponieważ same zaślepki i
olej wypełniający otwory w szyjkach stanowią dodatkową masę biorącą
udział w ruchu obrotowym. Również czas potrzebny na wypełnienie olejem
wspomnianych przestrzeni stanowi w eksploatacji pewien problem. Dlatego
też częściej stosuje się, jak to pokazano na rysunku 2.19f) specjalne rurki
łączące 7, których końce rozwalcowane są w wale. Innym zabiegiem,
skracającym czas wypełnienia olejem przestrzeni wału jest stosowanie
specjalnych wkładek 9 w otworach odciążających (rys.2.19g).
W silnikach szybkobieżnych można spotkać również i takie rozwią-
zanie, jak to, które pokazano na rysunku 2.,19g) i 2.19e): w promienio-
98
wym otworze w czopie korbowym osadza się specjalne rurki 8 i 6,
pełniące rolę separatora oleju. Podczas pracy silnika ewentualne zanie-
czyszczenia oleju silą odśrodkową odrzucane są na powierzchnię otworu,
a do rurek dostaje się czysty olej. Dąży się do tego, aby promieniowe
otwory w szyjkach umieścić w obszarze działania najmniejszych naci-
sków, w związku z czym w silnikach nawrotnych konstruktorzy prze-
widują często dwa wspomniane poprzednio otwory.
Ramiona korb mogą przybierać różnorodną formę konstrukcyjną.
Na rysunku 2.19h) pokazano ramiona korby o kątach prostych, łatwe w
wykonaniu, ale charakteryzujące się między innymi nieracjonalnym
wykorzystaniem materiału. Niebezpieczny przekrój dla tak wykonanych
ramion korby to x-x. Jednakowa szerokość ramion na całej długości
powoduje, że rośnie niezrównoważenie masy biorącej udział w ruchu
obrotowym i obciążenie łożysk głównych. Dlatego też najczęściej
narożniki ramion ścina się i zaokrągla, zmniejszając łączną masę wału i
eliminując opisane wady (rys.2.19a), b) i d)-g}). Owalne ramiona korb
(rys.2.19i)) wydają się optymalnym kształtem zarówno z punktu widzenia
ich sztywności oraz masy, jak i równomierności rozkładu naprężeń, ale
oczywiście są bardziej złożone w sensie wykonawczym. Ramiona okrągłe
(rys.2.19j)) stanowią pewien kompromis w stosunku do wcześniej
omówionych rozwiązań - są proste w wykonaniu, ale brak im wymienio-
nych cech ramion owalnych.
Półskładanym i składanym korbom nadaje się najczęściej kształty
złożone (rys.2.19b),c)). W celu zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej
wału miejsca najbardziej obciążone bardzo dokładnie obrabia się i poleruje.
Szczególnie dotyczy to wyjścia otworów i przejścia szyjek w ramiona.
Przeciwciężary na wałach korbowych są elementami, których rola
sprowadza się do wyrównoważenia swobodnych sił bezwładności i ich
momentów pochodzących od elementów ruchowych, odciążenia łożysk
głównych (przez wyrównoważenie odśrodkowych sił bezwładności mas
biorących udział w ruchu obrotowym) i wyrównoważenia wewnętrznych
momentów sił odśrodkowych. Te ostatnie powstają z powodu sprężystości
wału korbowego i przekazywane są przez łożyska główne na ramę
fundamentową silnika (w silnikach szybkoobrotowych przeciwciężary na
skrajnej korbie czasami pełnią dodatkowo rolę tłumika drgań skrętnych).
Do ramion korb przeciwciężary są najczęściej mocowane śrubami.
Dla odciążenia śrub od działania sił ścinających stosuje się różnego typu
99
specjalne zamki (rys.2.21a),b)). W silnikach wolnoobrotowych przeciw-
ciężary bywają odlewane lub odkuwane wraz z ramionami korb
(rys 2 21c)). W celu zmniejszenia masy wspomnianych przeciwciężarów
dąży się do tego, aby środek ciężkości przeciwciężaru znajdował się
możliwie daleko od osi symetrii wału.
Swobodne końce wału przy wyjściu z karteru są odpowiednio
uszczelnione, co ma zapobiegać ucieczkom oleju smarnego. Temu celo-
wi służy szereg rozwiązań, na przykład uszczelnienia labiryntowe w
kombinacji z odrzutnikami oleju Swobodny koniec wału bywa również
tak wykonany, aby możliwy był montaż koła zębatego do przekazywania
napędu mechanizmom podwieszonym na silniku
W wałach dużych rozmiarów i o dużym pędniku znaczące mogą być
drgania wzdłużne Wówczas na swobodnym końcu wału montuje się
tłumik drgań wzdłużnych. Zmniejszenie amplitudy drgań skrętnych
uzyskuje się dzięki zastosowaniu tłumików lub antywibratorów
Rys 2 21. Przeciwciężary wału korbowego- a), b) przeciwciężary przykręcane do
ramion korb, c) przeciwciężary odlane wraz z ramionami korb
Koniec wału od strony odprowadzania mocy jest zazwyczaj wypo-
sażony w specjalny kołnierz, do połączenia z linią wału, kołem zama-
chowym, generatorem, oraz koło zębate 8 (rys.2.18b)) do przekazy-
wania napędu na wał rozrządu. Takie rozmieszczenie kół zębatych
zapewnia prawidłową, spokojną i niezawodną pracę napędu rozrządu,
przy najmniejszych amplitudach drgań skrętnych w tej części wału i stałe
luzy w układzie napędowym przy wydłużeniach cieplnych wału korbo-
100
wego. Napęd długich wałów rozrządu często odbywa się w środkowej
części silnika, aby zmniejszyć wpływ na rozrząd błędów związanych ze
skręcaniem się wału rozrządu.
Koło zamachowe służy do zmniejszenia wahań prędkości kątowej
wału korbowego i zapewnienia równomierności jego obrotów dzięki
akumulowaniu i oddawaniu przez masę koła energii kinetycznej. W
silnikach wolnoobrotowych najczęściej masy elementów biorących udział
w ruchu obrotowym zapewniają równomierność prędkości obrotowej
Zamiast koła zamachowego montuje się koło zębate do przekazywania
napędu od obracarki. Na nim (na jego obwodzie) nanosi się podziałkę
kątową i znaki skrajnych położeń poszczególnych tłoków Umożliwia to
prowadzenie różnego typu prac naprawczych, kontrolnych i regu-
lacyjnych.
101
3. UKA
AD WYMIANY CZYNNIKA ROBOCZEGO
3.1. UKA
AD ROZRZ
DU
Mechanizm rozrządu służy do sterowania procesami dolotu po
wietrzą do cylindra i wylotu gazów spalinowych Składa się z organów
dolotowych i wylotowych rozrządu i ich napędu
W silnikach czterosuwowych stosuje się rozrząd zaworowy (rys 3 la))
Jego elementami są zawory dolotowe i wylotowe 10 ze sprężynami
zaworowymi 9 Napęd stanowią dz
wignie zaworowe 8 osadzone na
osiach 6 wsporników 7, trzony popychaczy 4, popychacze 3 z rolkami 2
i krzywki zaworowe 1 na wale rozrządu Napęd wału rozrządu przekazy-
wany jest od wału korbowego silnika W celu uzyskania szczelnego,
dokładnego posadowienia zaworu w gniez
dzie, w układzie występuje
luz 5 (w czasie pracy silnika trzon zaworu wydłuża się wskutek
nagrzewania), który można regulować śrubą i przeciwnakrętką 5
W momencie wejścia rolki popychacza 2 w przypór z krzywką 1,
trzon popychacza 4 przemieszcza się w górę i obraca dz
wignię
zaworową 8 wględem jej osi 6 Przy tym prawy koniec dz
wigni naciska
na trzon zaworu 10 i ten otwiera się, ściskając sprężynę 9 W trakcie
schodzenia rolki z części profilowanej krzywki zawór zamyka się siłą
sprężystości sprężyny
Wymagane dla danego silnika fazy rozrządu (moment początku
otwarcia i końca zamknięcia zaworów) i warunki ruchu zaworów
określone są profilem krzywek, kątem ich ustawienia na wale, kinema-
tycznym układem sterującym pracą zaworów i wielkością luzu 5
Pionowe ułożenie zaworów w głowicy zapewnia najmniejsze zużycie
trzonów i tulei prowadzących trzony, a otwieranie się zaworów do
wnętrza cylindra zapewnia szczelne przyleganie zaworów do gniazd
dzięki działaniu ciśnienia gazów O skuteczności przylegania - gdy
wartości ciśnień w cylindrze są małe, decyduje tylko siła sprężystości
własnej sprężyn zaworowych
W celu ograniczenia udziału sił bezwładności w pracy układu
sterowania zaworami w szybkoobrotowych silnikach często stosuje się
dwa wały rozrządu (dla zaworów dolotowych i wylotowych) ułożone nad
głowicami, których krzywki bezpośrednio działają na trzony zaworów
102
Rys 3 1 Rozrząd zaworowy i zawory okrętowych silników czterosuwowych
a) mechanizm napędu zaworu, bj zawór silnika czterosuwowego bez korpusu,
c) zawór chłodzony wodą
103
Jednakże rozwiązanie to komplikuje sposób przekazywania napędu od wału
korbowego do wałów rozrządu, a także utrudnia dostęp do głowic silnika
W silnikach dwusuwowych z przepłukaniem wzdłużnym, z zaworem
wydechowym w głowicy, dolot świeżego powietrza odbywa się przez
okna dolotowe w tulei cylindrowej, które są odsłaniane i zakrywane
przez tłok, a gazy spalinowe opuszczają cylinder przez zawór wylotowy,
sterowany układem rozrządu. Przykład takiego rozwiązania pokazano na
rysunku 3 2a). Zawór pracuje dzięki układowi sterowania, w którego
skład wchodzą: wał rozrządu z krzywkami zaworowymi, popychacze,
laski popychaczy 6 i dz
wignie zaworowe 4 Pośredni talerz sprężyn
zaworowych 1 wspornikami 3 (pozycja 8 i 9 na rys.3.2b)) połączony jest
z dz
wignią zaworową, a cięgnami 2 ze wspornikami 5 dz
wigni. Takie
mocowanie talerza podnosi wytrzymałość sprężyn W wielu silnikach
dwusuwowych stosuje się bezzaworowy układ wymiany ładunku przez
okna dolotowe i wylotowe, gdzie istotną rolę odgrywa tłok będący
suwakiem rozrządu. W niektórych silnikach starszej generacji okna
dolotowe były przykrywane automatycznymi płytkowymi zaworami
(silniki FIAT-a), a wylotowe okna - zaworami obrotowymi (silniki
SULZER RD).
Warunki pracy układu zaworowego wyznaczają obciążenia
mechaniczne, wywołane działaniem: gazów spalinowych P na grzybek
g
zaworu (rys.3.1.a)), obciążeń pochodzących od sił bezwładności poru-
szających się mas Pj sprężystości sprężyn zaworowych P i nacisków
b s
od strony popychacza P jako składowej normalnej działania krzywki
p
na popychacz.
W trakcie otwierania się zaworu jego prędkość rośnie od zera do
wartości maksymalnej, siły bezwładności skierowane są przeciwnie do
kierunku ruchu popychacza (w kierunku wału rozrządu) i dociskają jego
rolkę do krzywki.
Wraz ze zbliżaniem się zaworu do pozycji całkowietego otwarcia,
jego prędkość maleje od wartości maksymalnej do zera, po czym siły
bezwładności zmieniają kierunek na przeciwny (od wału rozrządu), dążąc
do oderwania rolki od krzywki, a przeszkadzają temu sprężyny zawo-
rowe. Takie odrywanie rolek od powierzchni krzywek jest zjawiskiem
niekorzystnym, prowadzącym do niszczenia powierzchni roboczych,
uderzeń w układzie sterowania pracą zaworów, wypracowywania się
powierzchni przylegania gniazda i grzybka zaworu, a także do zakłó-
cenia faz rozrządu Dlatego też dobór sprężyn zaworowych powinien
104
Rys 3 2 Napęd zaworu wylotowego i zawory wylotowe silników dwusuwowych
przepłukaniem szczelinowo-zaworowym: a), b) zawory wylotowe silników
dwusuwowych, c) popychacz z hydraulicznym amortyzatorem
105
być taki, aby ich siła sprężystości była większa aniżeli siły bezwładności
generowane w układzie
Ważną cechą pracy zaworów jest wysokie obciążenie termiczne
wynikające z ich bezpośredniego kontaktu z gorącymi gazami spalino-
wymi Zawór wydechowy przejmuje ciepło od gazów w cylindrze przez
grzybek (około 80%) i od gazów wylotowych przez powierzchnię
przejścia od grzybka do trzona (około 15%) Ciepło to jest odprowa-
dzane dwiema drogami od grzybka do gniazda zaworowego i dalej do
czynnika chłodzącego oraz przez trzon do jego prowadnicy i dalej przez
materiał głowicy do wody chłodzącej
Temperatura grzybka zaworowego zaworu dolotowego może osią-
gać wartości 300-400�C, a wylotowego nawet 800�C Niższy poziom
temperatury zaworów dolotowych jest związany między innymi z tym, ze
są one omywane powietrzem w procesie napełnienia cylindra, zawór
wylotowy natomiast omywany jest strumieniem gorących gazów
Wysokie temperatury mogą powodować pogorszenie mechanicznych
własności materiału, z którego zbudowany jest zawór Wywołują erozję i
korozję wysokotemperaturową, może tez dojść do pogorszenia szczel
ności przylegania zaworu do gniazda, przedmuchów gazów, dalszego
przegrzewania i - w ostatecznej konsekwencji do zacierania się trzonu
w prowadnicy, a nawet do upalania się grzybków zaworowych W
związku z tym konstrukcja wspomnianych zaworów musi spełniać nastę
pujące warunki
- tak dobrane przekroje czynne, aby maksymalnie sprawnie prze-
biegał proces wymiany ładunku,
- możliwie niska temperatura i masa,
- materiał odporny na zużycie i żaroodporny,
- sprężyny zaworowe o odpowiedniej sztywności i wytrzymałości
zmęczeniowej,
- popychacze, laski popychaczy, a także dz
wignie zaworowe o
odpowiedniej sztywności i wytrzymałości z jednocześnie jak najmniejszą
masą w celu zmniejszenia sił bezwładności
W spełnianiu tych warunków istotną rolę odgrywa staranny dobór
materiałów Zawory dolotowe wykonuje się najczęściej ze stali węglowej,
na przykład 45 i stali stopowej z dodatkiem chromu lub niklu Zawory
wylotowe, z uwagi na trudniejsze warunki pracy, wykonuje się ze stali
wysokostopowych z dodatkiem chromu, niklu i wanadu
106
W silnikach wysoko obciążonych, aby zwiększyć odporność na
zużycie cierne i korozyjne, powierzchnie przylegania zaworu i gniazda
pokrywa się stelitem, a trzon jest azotowany Sprężyny wykonuje się ze
stali wysokowęglowych Konstrukcje niektórych zaworów pokazano na
rysunkach 3 1 i 3 2 Zawory bez obudowy (korpusu) umieszcza się bez-
pośrednio w głowicach, co z jednej strony pozwala na pewne zwiększe-
nie przekroju czynnego zaworów,a z drugiej wymaga demontażu głowicy
w celu ich przeglądu
W silnikach czterosuwowych stosuje się zazwyczaj dwa lub cztery
zawory, a w bardzo obciążonych silnikach szybkobieżnych czasami wy-
stępuje ich sześć W silnikach okrętowych dwusuwowych najczęściej
występuje tylko jeden zawór wydechowy Wzrost liczby zaworów wpraw-
dzie komplikuje konstrukcję głowicy i układu rozrządu, ale pozwala na
obniżenie naprężeń mechanicznych i cieplnych głowicy dzięki mniejszej
średnicy otworów i mniejszej masie Rozwiązanie takie poprawia row-
niez organizację procesu wymiany ładunku i spalania paliwa
Zawór bez korpusu pokazano na rysunku 3 lb) Składa się on z
trzonu 4 i grzybka 1 o stożkowej powierzchni roboczej Ta ostatnia jest
najczęściej wykonana pod kątem 45�, co zapewnia odpowiednią
sztywność zaworu, szczelne połączenie z gniazdem dobre własności
samocentrujące w czasie pracy i podczas docierania, dobre odprowa
dzanie ciepła od grzybka, a przy całkowitym otwarciu zaworu umożliwia
optymalne ukierunkowanie strumienia gazów wylotowych
Gniazdo zaworu może być wykonane bezpośrednio w głowicy, jak
pokazano na rysunku 3 la) lub - jak to bywa coraz częściej we współ-
czesnych konstrukcjach - znajduje się w specjalnej wstawce (rys 3 lb))
Wstawka 2 umocowana jest w głowicy 6 za pomocą specjalnego pier-
ścienia 3 lub innymi sposobami (np zaprasowanie, zawalcowanie)
Połączenie grzybek - gniazdo dociera się Trzon zaworu 4 porusza się w
specjalnej tulei prowadzącej 5 Zawór dociskają do gniazda sprężyny 8 i 9
opierające się na dwóch talerzach - dolnym 7 i górnym 11 Do mocowa-
nia górnego talerza służą dwa stożkowe połpierścienie 12 i 14 dopa-
sowane do stożkowego sfazowania 10 na trzonie Oczywiście zastoso-
wanie znajdują również inne sposoby mocowania górnego talerza Przed
rozbijaniem górnej części trzona ochronę może stanowić specjalna
wstawka (pozycja 13 na rys 3 lb))
Zawory wraz z korpusem (koszem) pokazano na rysunkach 3 lc)
oraz 3 2b),d) Konstrukcje, o których mowa odznaczają się większą
107
złożonością, mają mniejszy przekrój czynny, ale z eksploatacyjnego
punktu widzenia są wygodniejsze, gdyż pozwalają na wykonywanie
oględzin, a nawet remontu bez konieczności demontażu głowicy.
Zawór wylotowy silnika dwusuwowego (rys.3.2b)) składa się z kor-
pusu 6 z przestrzeniami chłodzenia. Gniazdo 4 mocowane jest do
korpusu śrubami. Tuleje żeliwne 3 i 7 oraz - zaprasowane w nich - tuleje
brązowe 2 stanowią prowadnice trzona zaworowego. Na trzonie
osadzono specjalny kołnierz ochronny 5, który zabezpiecza górną część
przed penetracją gazów, a także nie dopuszcza do przedostawania się
oleju w kierunku grzybka zaworu. Sprężyny zaworowe 1 podzielono na
dwie części. Podziałowy, pośredni talerz 8, zawiera wsporniki 9 do
połączenia go z dz
wigniami zaworowymi.
Obniżenie naprężeń cieplnych zaworów osiąga się, stosując szereg
zabiegów, z których najważniejsze polegają na:
- wykonaniu możliwie płaskiego grzybka zaworu i pokryciu go
metaloceramicznym stopem,
- intensywnym chłodzeniu rejonu gniazda zaworu i prowadnicy
(rys.3.1a),b)),
- chłodzeniu w wyjątkowych wypadkach bezpośrednio wodą rów-
nież grzybka zaworu (rys.3.1c)).
We współczesnych konstrukcjach silników średnioobrotowych kon-
struktorzy często przewidują automatyczny obrót zaworu wokół własnej
osi. Pozwala to uzyskać możliwie równomierne wypracowywanie się
jego, takiż rozkład temperatur w grzybku, mniejszą jego deformację i w
pewnym stopniu - samodocieranie się zaworu. Najprostsze rozwiązanie
polega na umieszczaniu na trzonie zaworu specjalnych łopatek, na które
działają gazy wylotowe powodując obrót zaworu. Mogą być również
wykorzystywane specjalne urządzenia dodatkowe, na przykład  roto-
kap".Niektóre firmy, na przykład PIELSTICK, stosują zabieg wypełnia-
nia wnętrza zaworu ciekłym litem lub sodem.
W sprężynach zaworowych podwójnych, potrójnych czy nawet
poczwórnych zwoje mają różny kierunek, aby w razie pęknięcia jednej
ze sprężyn nie doszło do zakleszczenia na skutek jej uwięz
nięcia między
zwojami sprężyny sąsiedniej. Stosowanie kilku sprężyn zabezpiecza
układ między innymi przed wpadaniem w rezonans, gdyż każda z nich
ma inną charakterystykę i jeśli nawet któraś wpadnie w drgania, to
sąsiednie są ich tłumikiem. Wspomniana praktyka pozwala jednocześnie
108
na zmniejszenie wymiarów sprężyn, obniżenie naprężeń i podwyższenie
wytrzymałości zwojów, co łącznie prowadzi do wzrostu niezawodności
tego elementu silnika.
3.1.1. Napęd zaworów
Dz
wignie zaworowe dla odpowiedniej sztywności i wytrzymałości są
najczęściej odkuwane jako teowniki lub dwuteowniki, a laski popychaczy
są stalowymi rurami (rys.3. la)). Stosunkową lekkość popychaczy uzysku-
je się dzięki wewnętrznym wydrążeniom i - w silnikach wolno- i średnio-
obrotowych - częstemu zakończeniu rolką osadzoną na łożysku tocznym
typu igiełkowego. Popychacz może być wyposażony w dodatkową
sprężynę, aby odciążyć sprężyny zaworowe i zmniejszyć ich wymiary.
Ponieważ w układzie napędowym zaworów występuje luz, koniecz-
ny ze względu na ich rozszerzalność cieplną, w początkowej i końcowej
fazie pracy występują uderzenia. Wywołują one dodatkowe naprężenia
w gniez
dzie i grzybku, w sprężynach i na powierzchniach kontaktu, na
przykład: dz
wignia zaworowa - trzon. Bezudarową i możliwie cichą
pracę układu w silnikach wolnoobrotowych dwusuwowych, z przepłuka-
niem wzdłużnym szczelinowo-zaworowym, zapewniają popychacze z
hydraulicznym amortyzatorem - tłumikiem, gdzie wybieranie luzu odby-
wa się automatycznie (rys.3.2c)). Laska popychacza opiera się o tłok 7
hydraulicznego tłumika 2. Korpus popychacza 1 jest w dolnej części na
stałe wypełniony olejem, dochodzącym tam z systemu obiegowego
smarowania przez otwory K. Tłok 7 został szczelnie dopasowany do
cylindra 6, a sprężyna 3 stale podnosi laskę popychacza w górę Olej
wpływa pod tłok za pośrednictwem zaworu zwrotnego (patrz szcze-
gół  A" na rys.3.2c)). Zawór ten otwiera się pod działaniem ciśnienia
oleju, kiedy rolka 5 popychacza 4 znajduje się na kole podstawowym
krzywki. Podczas ruchu popychacza w górę zawór zwrotny zamyka
się pod działaniem ciśnienia oleju, a naciski od popychacza przeka-
zywane są na  poduszkę* olejową między tłokiem 7 i cylindrem 6
Przy otwartym zaworze część oleju pod wpływem wysokiego ciśnie-
nia będzie wypływać przez luz. Gdy dojdzie do zmiany warunków
pracy silnika, to zmieni się również temperatura trzona zaworowego.
Wydłużenie trzona wywoła też zmianę ilości oleju pod tłokiem tłu-
mika, zapewniając bezudarową, elastyczną pracę układu.Olej wyciś-
nięty z cylindra dopływa ponownie przez zawór zwrotny.
109
Rys.3.2. Napęd zaworu wylotowego i zawory wylotowe silników dwusuwowych z
przepłukaniem szczelinowo-zaworowym: d) hydrauliczny napęd zaworu
110
We współczesnych konstrukcjach wolnoobrotowych silników okrę-
towych coraz częściej stosuje się hydrauliczne sterowanie pracą zaworu
wylotowego. Zamiana układu klasycznego na hydrauliczny związana jest
z poszukiwaniem możliwości:
- zmniejszenia masy układu i występujących w nim sił bezwładności,
- obniżenia głośności pracy układu,
- zwiększenia niezawodności pracy przez wyeliminowanie działa-
nia bocznych sił na trzon zaworu.
Hydrauliczny napęd zaworu (rys.3.2d)) składa się z olejowego po-
pychacza hydraulicznego 6, napędzanego krzywką 7 i tłokowego serwo-
motoru 4 działającego na trzon 5 zaworu w czasie jego otwierania.
Zamyka się dzięki działaniu sprężyn 2 opierających się o górny talerz 3,
który długimi cięgnami 1 połączony jest z trzonem 5 zaworu Instalację
wypełnia się olejem przez odpowiednie kanały w hydropopychaczu.
Największe ciśnienie w systemie w trakcie otwierania zaworu wynosi
około 20 MPa. Podstawową wadą tego układu jest właśnie wysokie
ciśnienie robocze w instalacji i złożoność regulacji faz rozrządu, spowo-
dowane pewną ściśliwością czynnika roboczego - oleju.
W niektórych modelach silników ze szczelinowo-zaworowym
przepłukaniem (np.: RTA SULZER) zawór wylotowy otwiera się dzięki
pracy takiego układu jak wyżej opisany, ale sprężyny zamykające ów
zawór zastąpiono serwomotorem pneumatycznym.
3.1.2. Wał rozrządu
Wał rozrządu służy do sterowania pracą zaworów (otwieranie i
zamykanie), a także pracą pomp wtryskowych, rozdzielaczy powietrza w
systemie rozruchowym i regulatora prędkości obrotowej.
Wały wykonuje się w całości albo składane i umieszcza w składa-
nych łożyskach, z których jedno jest łożyskiem oporowym przenoszącym
naciski poosiowe Krzywki wałów silników szybkoobrotowych są zazwy-
czaj konstrukcjami połączonymi z zasadniczym wałem, w silnikach
średnio- i wolnoobrotowych zaś osobnymi - dzielonymi i nie dzielonymi.
Nakładane na wał krzywki 1 (rys.3.3a)) do sterowania pracą zaworów są
zazwyczaj nie dzielone i połączone z wałem klinami 2 lub połączeniem
hydrociśnieniowym. Krzywki pomp paliwowych wysokiego ciśnienia
najczęściej są dzielone i łączy się je z wałem różnymi sposobami, ale
111
Rys 3.3 Krzywki wałów rozrządu silników okrętowych- a) L275-SKODA,
b),c) B&W, d) MAN; e) SULZER
112
zawsze tak, aby możliwy był ich obrót względem wału, gdy zajdzie
konieczność zmiany kąta ich ustawienia
Krzywka silnika B&W ma profil symetryczny (rys.3.3b)) i składa się
z dwóch połówek Na jednej z nich wykonano specjalne podcięcia, w
które wchodzą występy drugiej połówki, co daje możliwość regulacji kąta
wyprzedzenia podawania paliwa niezależnie od ruchu  naprzód" i
 wstecz"
Na wale rozrządu 2 na klinie 3 znajduje się tuleja 4 z pierścieniowym,
charakterystycznym występem o wewnętrznej, stożkowej powierzchni,
do której śrubami dociskana jest krzywka 5. W nowszych modelach
silników zastosowano krzywki o tzw. profilu negatywnym (rys.3 3d)).
W silnikach MAN krzywka (rys.3.3c)) ma niesymetryczny profil i
składa się z dwóch połówek - dolnej 1, leżącej na wale 3 na klinie 2, i
profilowanej części 5, którą można obracać o pewien kąt śrubami 4.
W silnikach SULZER krzywka 2 (rys 3.3e)) ma profil symetryczny i
także składa się z dwóch części. Osadzono ją swobodnie na tulei 1, która
jest zamocowana do wału 5 klinem 4 i kołkami 6. Tuleja ma na końcu
gwint, na który nakręcona jest nakrętka 3. Oporowe powierzchnie
nakrętki, kołnierza tulei i krzywki są stożkowe
W czterosuwowych silnikach nawrotnych występują dwa komplety
krzywek - do jazdy  naprzód" i  wstecz", a w silnikach dwusuwowych -
krzywki pojedyncze, gdy stosuje się przesterowanie kątowe (obrót wału o
określoną wartość kąta), lub podwójny ich układ, gdy przesterowanie jest
typu osiowego (przesuwanie wału rozrządu wzdłuż silnika na odległość
między krzywkami do jazdy  naprzód" i  wstecz")
Napęd wału rozrządu odbywa się od wału korbowego silnika
przez przekładnię W silnikach czterosuwowych wał obraca się z pręd-
kością dwukrotnie mniejszą niż wał korbowy, a w silnikach dwusowo-
wych stosuje się przełożenie 1:1.
Konstrukcja napędu zależy od położenia wału rozrządu Jeśli leży
on nad głowicami (rozwiązanie stosowane w silnikach szybkoobroto-
wych), to napęd przekazywany jest, na przykład przez wałki ze stożko-
wymi kołami zębatymi Jeżeli wał rozrządu znajduje się niżej, to napęd
realizowany jest za pośrednictwem przekładni zębatej
W celu zmniejszenia rozmiarów kół zębatych stosuje się dodatkowe
koła pośrednie (rys. 3.4a)). Koło pośrednie 3 łączy się z kołem głów-
nym 4 wału korbowego i kołem zębatym 2 wału rozrządu. Ponieważ
113
Rys.3.4. Napęd wału rozrządu- a) przekładnia zębata, b) przekładnia łańcuchowa;
c) konstrukcja ogniwa łańcucha
114
prędkość obrotowa wału rozrządu silnika czterosuwowego ma być
dwa razy mniejsza aniżeli wału korbowego, to koło 2 ma średnicę
dwukrotnie większą od koła 4 (koło 3 na przełożenie nie wpływa). Od
koła zębatego 2 otrzymuje również napęd regulator prędkości obrotowej 1.
Na rysunku 3.4b) pokazano przykład napędu łańcuchowego, który jest
stosowany przy dużych odległościach między wałem korbowym silnika i jego
wałem rozrządu, gdyż klasyczna przekładnia zębata byłaby w takiej sytuacji
bardzo złożona i kosztowna. Koło łańcuchowe 7 wału korbowego łączy się z
kołem łańcuchowym 1 wału rozrządu trzema jednakowymi łańcuchami 6.
Koło łańcuchowe 5 jest prowadzące i jednocześnie wykorzystywane do
napędu rozdzielaczy powietrza, lubrykatorów i regulatora prędkości
obrotowej. Koło 2, zamocowane na wsporniku 3, napina łańcuch, co
dokonuje się dzięki obrotowi wspornika 3 wokół osi 9, przeciwnie do
kierunku wskazówek zegara. Obciążony silną sprężyną ściąg oddziałuje
odpowiednią siłą na wspornik 3. A
ańcuchy, poruszając się, ślizgają się po
specjalnych stalowych prowadnicach obłożonych gumową wkładką, która
jest tłumikiem drgań. Wszystkie osie kół i łańcuchy są smarowane olejem.
Zazwyczaj stosowane łańcuchy mają konstrukcję panwiowo-tule-
jową (rys.3.4c)), zbudowaną z elementów zewnętrznych i wewnętrznych.
Zewnętrzne ogniwo składa się z dwóch płytek 4 i dwóch sworzni 3
zaprasowanych w tych płytkach. Wewnętrzne ogniwo stanowią dwie
płytki 6, dwie tulejki 2 i dwie panwie 5. Tulejki są zaprasowane w
płytkach 6, a panwie osadzono na nich z pewnym luzem, aby mogły
swobodnie się obracać. Płytki ogniw stanowią elementy łącznikowe i pracują
na rozciąganie, a panwie przejmują obciążenia udarowe i chronią koła przed
zużyciem. Sworznie i tulejki są węzłami łożyskowymi. Olej, który służy do
smarowania łańcuchów dopływa dyszami 1. Podstawowe, charakterystyczne
wymiary łańcucha pokazano na rysunku 3.4c). Są to:
- H-skok,
- D - średnica panwi,
- P - szerokość części wewnętrznej.
3.2. UKA
AD DOA
ADOWUJ
CY
3.2.1. Turbosprężarki
Wzrost mocy z cylindra bez wzrostu objętości skokowej można
uzyskać w silnikach po ich doładowaniu. Proces ten polega przede
115
wszystkim na zwiększeniu w cylindrach masy świeżego ładunku (po-
wietrza) dzięki jego sprężeniu i ochłodzeniu. Pozwala to na dostarczenie
odpowiednio większej ilości paliwa i tym samym - wskutek jego spalenia
- na wzrost mocy silnika.
Rys.3.5. Schemat układu doiadowującego dwusuwowego silnika okrętowego
MAN KSZ-C
Na rysunku 3.5. pokazano schemat układu doiadowującego silnika
dwusuwowego. Powietrze z atmosfery, przez filtr-tłumik 5, dostaje się do
sprężarki 4, gdzie sprężane jest do ciśnienia 0.15-0.34 MPa. Następnie
jest ono schładzane w chłodnicy powietrza 3 i dociera do zasobnika 2 i
dalej, do cylindra 1. Gazy spalinowe z cylindrów zbierają się najpierw w
kolektorze zbiorczym 8, a następnie, pod stałym ciśnieniem, docierają
na wirnik jednostopniowej turbiny gazowej 7, wprawiając go w ruch
obrotowy. Dzięki temu, że łączy się on przez wspólny wał z wirnikiem
sprężarki, ta ostatnia również się obraca Przy obciążeniach silnika do
50% energia gazów wylotowych jest najczęściej niewystarczająca i dla-
tego we współczesnych silnikach wolnoobrotowych, wyposażonych w
116
stałociśnieniowy układ doładowujący, stosuje się dodatkowe dmuchawy
doładowujące 6, napędzane silnikiem elektrycznym.
Przykład turbosprężarki pokazano na rysunku 3.6. Jest to przekrój
urządzenia firmy BROWN-BOVERI. Turbiny pracują przy stałym lub
zmiennym (pulsacyjnym) ciśnieniu gazów zasilających i ich średniej
temperaturze 400-550�C. Turbina pokazana na rysunku 3.6 składa się
z trzech korpusów: dolotowego 14 i odlotowego 9 turbiny oraz korpusu 4
sprężarki, połączonych między sobą specjalnymi kołnierzami.
W celu ograniczenia w turbosprężarce przepływu ciepła ze strony
gazowej do powietrznej, w części gazowej, w korpusie 9 znajduje się
specjalny materiał izolacyjny 10. Nowsze konstrukcje turbosprężarek
firmy BROWN-BOVERI nie są już chłodzone wodą, dzięki czemu wyeli-
minowano korozję korpusów i - co najważniejsze - wysokie temperatury
gazów za trubiną pozwalają na lepsze wykorzystanie energii tych gazów
w kotle utylizacyjnym. Do korpusu 14 mocowany jest układ łopatek
kierowniczych 13. Wirnik 11 to wał o odpowiedniej średnicy, na którym
osadzone są wirniki turbiny 12 i sprężarki 8. Wał ten spoczywa na
łożyskach tocznych, z których 3 jest łożyskiem promieniowo-osiowym, a
16 - oporowym. Olej do smarowania łożysk podawany jest pompą 1,
podwieszoną na wał turbosprężarki. Na kolektorze ssącym sprężarki
został osadzony filtr powietrza 2, który wyłożono również materiałem
dz
więkochłonnym. Obrotowe łopatki kierowniczze 5 po stronie powie-
trznej zapewniają możliwie bezudarowy dolot powietrza na wirnik
sprężarki. Za kołem roboczym 8, w korpusie 4, ukształtowany jest
dyfuzor 7. Służy on do zamiany energii kinetycznej powietrza na pracę
sprężania, dzięki czemu zmniejsza się prędkość strugi powietrza, a
rośnie jej ciśnienie. Po wyjściu z dyfuzora powietrze dostaje się do
spiralnego, zbiorczego kanału 6, w którym dochodzi do dalszej utraty
prędkości na rzecz pewnego wzrostu ciśnienia. Labiryntowe uszczel-
nienia, wraz z komorą 15, oddzielają przestrzeń gazową od łożyska
oporowego. Z przestrzeni tłocznej sprężarki powietrze jest podawane
kanałem 17 do komory 15. Gaz z kolektorów wylotowych silnika
dociera do kanałów w korpusie 14 i, przechodząc przez łopatki
kierownicze 13 turbiny, poddany jest częściowemu rozprężaniu, w wy-
niku czego dochodzi do zamiany energii potencjalnej na kinetyczną. Po
wyjściu z kierownicy gaz wpada w kanały międzyłopatkowe wirnika
turbiny 12. Energia kinetyczna zamienia się na pracę, wprawiając w
ruch obrotowy wirnik turbiny.
117
Rys 3 6 Przekrój turbosprężarki firmy BROWN-BOVERI VTR
A
ożyska wirnika mogą być zarówno toczne, jak i ślizgowe Pierwsze
z wymienionych, stosowane w turbosprężarkach są zarówno kulkowe,
jak i igiełkowe. Od strony sprężarki montuje się łożysko promieniowo-osio-
we jedno- lub dwurzędowe A
ożysko oporowe od strony turbiny powin-
no pozwalać na pewne osiowe ruchy wału spowodowane rozszerzal-
nością termiczną i dlatego najczęściej jest to łożysko szpilkowe lub
kulkowe jednorzędowe A
ożyska ślizgowe występują przede wszystkim w
turbosprężarkach o dużych wydajnościach
W wielu dwusuwowych silnikach wodzikowych pracę turbospręża-
rek wspomaga wykorzystanie przestrzeni podtłokowych Oddzielone
dławicą od karteru pozwalają one na sprężanie powietrza. Oczywiście
pracę sprężania w omawianym wypadku wykonuje dolna część tłoka
Takie sprężarki podtłokowe mogą pracować zarówno równolegle, jak i
szeregowo z TS, wytłaczając powietrze do wspólnego zasobnika dru-
giego stopnia sprężania (np. silniki MAN) lub do specjalnych,
buforowych przestrzeni, oddzielnych dla każdego cylindra (np. silniki
SULZER RD, RND).
3.2.2. Chłodnice powietrza
Chłodnice powietrza służą do jego schładzania po procesie
sprężania w sprężarce. Dzięki temu zwiększa się masa świeżego ładunku
docierającego do cylindrów. Stosuje się różne typy chłodnic
W silnikach MAN występują chłodnice (rys.3.7) z rurkami nieżebro-
wanymi 3 rozmieszczonymi w dnach sitowych 2 i 4 Utworzone między
dnami sitowymi a głowicami 1 i 5 komory wodne są podzielone prze-
grodami, zmieniającymi kierunek przepływu wody. Przepływ ten poka-
zują na rysunku strzałki. Z przedziału  a" woda przepływa do  b" i dalej,
przez  c, d, e, f, g", do rury wylotowej Powietrze przepływa między
rurami.
Chłodnice z płaskimi, ożebrowanymi rurami mają mniejsze gaba-
ryty, dużą skuteczność chłodzenia, ale szybciej ulegają zanieczyszczeniu,
a proces ich oczyszczania jest trudniejszy.
119
Rys.3.7.Chłodnica powietrza doładowującego
3.2.3. Zasobniki powietrza
Zasobniki powietrza służą do doprowadzania powietrza od sprę-
żarek do cylindrów. Ich konstrukcja zależy od systemu doładowującego.
Bardzo ważny jest właściwy dobór objętości, a więc taki, który pozwoli
uniknąć wahań ciśnienia powietrza. Najczęściej omawiane urządzenia
stanowią konstrukcję spawaną zarówno o przekroju kołowym, jak i
prostokątnym. Aby zmniejszyć szum i hałas zasobniki mogą być
wyłożone matami dz
więkochłonnymi.
Przy schładzaniu powietrza poniżej  punktu rosy" może dojść do
kondensacji pary wodnej, znajdującej się w powietrzu. Do jej
odprowadzenia służą, zamontowane na zasobnikach, zawory spustowe.
W przestrzeniach, o których mowa, może znalez
ć się również olej
smarny przedostający się zarówno z cylindrów silnika, jak i z turbo-
120
sprężarki, gdy wadliwie pracują jej dławice. Zabezpieczenie przed poża-
rami w przestrzeniach podtłokowych i w zasobnikach stanowi specjalny
układ drenażowy służący do odprowadzania wspomnianego oleju
121
4. PALIWOWY UKA
AD ZASILAJ
CY
W skład typowej instalacji paliwowej silnika z zapłonem samoczyn-
nym wchodzą: pompa wtryskowa, wtryskiwacze, przewody wysokiego
ciśnienia, regulator prędkości obrotowej, pompa zasilająca, filtr paliwa,
zbiornik paliwa i przewody niskiego ciśnienia.
Pompa zasilająca podaje paliwo przez filtr do pomp wtryskowych,
które, przewodami wysokiego ciśnienia, tłoczą pod wysokim ciśnieniem
odmierzoną dawkę paliwa do wtryskiwaczy. Nadmiar paliwa z pompy
wtryskowej wraca do zbiornika. Na dolocie do pomp wtryskowych
utrzymuje się ciśnienie 0.4-0.7 MPa, które jest zabezpieczeniem przed
odparowaniem paliwa i tworzeniem się  poduszek" gazowych, a w kon-
sekwencji - zrywaniem ciągłości podawania paliwa i niestabilnością
pracy pomp wtryskowych. Istotny wpływ na napełnianie pomp ma rów-
nież intensywność wahań ciśnienia (15-20 MPa) powstającego zarówno
po stronie ssącej, jak i tłocznej pompy wtryskowej, wywołanego impul-
sami odcinanego paliwa.
Intensywne wahania ciśnienia i temperatury mogą powodować
kawitacyjne niszczenie par precyzyjnych pomp wtryskowych i innych jej
elementów. Dlatego bardzo często integralną częścią pomp bywają
tłumiki (mechaniczne, hydrauliczne).
Na przewody wysokiego ciśnienia zakłada się często dodatkowe
rury-osłony, zabezpieczające przed wyciekiem paliwa do siłowni w razie
pęknięcia przewodu wysokiego ciśnienia. Ewentualne przecieki paliwa
na pompach, wtryskiwaczach i z osłon przewodu wysokiego ciśnienia są
odprowadzane specjalną instalacją ściekową. W niektórych silnikach
okrętowych obecność paliwa w osłonach jest sygnalizowana. W
silnikach MAN - B&W typu K-GF, po wzroście ciśnienia w prze-
strzeni między przewodem wysokiego ciśnienia a jego osłoną, nastę-
puje automatyczne włączenie specjalnego pneumatycznego mecha-
nizmu podwieszenia pompy wtryskowej. W ten sposób rozerwany
przewód wysokiego ciśnienia tuż po zarejestrowaniu wycieku prze-
staje być zasilany paliwem. Dodatkowo towarzyszy temu dz
więkowa i
świetlna sygnalizacja alarmowa.
122
4.1. POMPY WTRYSKOWE
Podstawowym zadaniem pomp wtryskowych jest dostarczenie do
wtryskiwaczy dokładnie odmierzonych dawek paliwa, pod wymaganym
ciśnieniem i w określonym czasie, których wielkość zależy od warunków
pracy silnika.
W silnikach okrętowych stosowane są pompy wtryskowe tłokowe.
Paliwo jest podawane do cylindra pompy, a następnie, za pomocą
tłoczka napędzanego krzywką, zostaje wtłoczone przez zawór zwrotny
do przewodu wysokiego ciśnienia. Przewodem tym paliwo dopływa do
wtryskiwacza, po czym następuje jego wtryśnięcie do cylindra.
Wymagania, jakie powinna spełniać konstrukcja pomp wtrysko-
wych są następujące:
- wytworzenie wysokiego ciśnienia (50-150 MPa),
- dokładne dozowanie dawki paliwa na cykl,
- regulowanie dawki paliwa na cykl przy zmianie warunków
pracy silnika,
- podawanie paliwa do cylindrów w ściśle określonym przedziale
czasowym.
Pompy znajdujące się na jednym silniku powinny podawać jedna-
kowe dawki paliwa; dopuszczalne nierównomierności między dawkami
paliwa dla poszczególnych cylindrów są nie większe niż 5% w warun-
kach znamionowej pracy silnika. Z uwagi na to, że wobec spadku mocy
od nominalnej do minimalnej dawka paliwa na cykl zmniejsza się nawet
dziesięciokrotnie, pociąga to za sobą często znaczny wzrost nierówno-
mierności podawania paliwa.
4.1.1. Napęd pomp wtryskowych
Największe zastosowanie ma obecnie mechaniczny napęd pomp
wtryskowych krzywkami. Pompy wtryskowe wykonane oddzielnie dla
każdego cylindra czerpią napęd od krzywek paliwowych rozmieszczo-
nych na wspólnym wale rozrządu. Pompy paliwowe wielosekcyjne
osadzone w jednym, wspólnym korpusie otrzymują napęd od - odręb-
nego dla danego bloku - wału rozrządu.
123
Aby zachować odpowiednie, wzajemne położenie krzywek paliwo-
wych względem wykorbień wału przy zmianie kierunku obrotów wału
korbowego, w silnikach nawrotnych stosuje się.
- jedną krzywkę o profilu symetrycznym, a przy zmianie kierunku
obrotów wykonuje się obrót wału rozrządu o kąt zapewniający ponownie
wtrysk paliwa w odpowiednim momencie - przesterowanie kątowe;
 dwie krzywki paliwowe dla każdej pompy wtryskowej: jedną do
ruchu  naprzód" i drugą do ruchu  wstecz"; przy zmianie kierunku
obrotów przesuwa się wał rozrządu wzdłuż silnika, tak aby właściwa
krzywka napędzała pompę - przesterowanie poosiowe (wzdłużne).
W celu zainicjowania procesu roboczego i jego poprawnego prze-
biegu należy uzyskać samozapłon paliwa do czasu, kiedy tłok osiągnie
GMP (1-2�OWK przed GMP) Okres zwłoki samozapłonu paliwa wynosi
= 0.001-0.010 s i dlatego początek wtrysku paliwa do cylindra zawsze
odbywa się przed GMP. Kąt obrotu wału korbowwego (odczytany
względem GMP), przy którym zaczyna się wtrysk paliwa nazywa się
kątem wyprzedzenia wtrysku Wielkość ta wyznaczana jest
zależnie od prędkości obrotowej silnika. W silnikach szybkoobroto-
wych = 20-30�OWK przed GMP, a w wolnoobrotowych
= 4-8�OWK przed GMP. Ogólny czas podawania paliwa wyrażony
w stopniach obrotu wału korbowego wynosi od 15-25�OWK.
4.1.2. Sposoby regulacji dawki paliwa na cykl
Podawanie paliwa do cylindra odbywa się zazwyczaj tylko z wyko-
rzystaniem części skoku nurnika pompy wtryskowej. Nazywa się go
efektywnym skokiem nurnika, a pozostała faza to jałowa część skoku.
Dawkę paliwa na cykl reguluje się, stosując trzy podstawowe
sposoby, zmieniając mianowicie początek podawania paliwa, jego
koniec bądz
zarówno początek, jak i koniec.
Na rysunku 4.1 pokazano wykresy zmian skoku nurnika pompy i
jego prędkości w funkcji �OWK oraz wykresy kołowe wtrysku, a także
wymienione wyżej sposoby regulacji dawki paliwa (gc).
Część a) wspomnianego rysunku obrazuje regulację gc poprzez
zmianę początku podawania paliwa W całym zakresie pracy silnika
koniec podawania paliwa przez pompę (KPP) (punkt 4) nie ulega
124
Rys.4.1. Wykresy skoku nurnika pompy wtryskowe; i jego prędkości w funkcji.
kąta obrotu waiu korbowego - zmiany dotyczące podawania paliwa: a) początku;
b) końca, d) początku i końca
125
zmianie. Kąt obrotu wału korbowego, w czasie którego trwa wtrysk
paliwa, zmienia się dzięki zmianie kąta wyprzedzenia wtrysku
Największej dawce paliwa odpowiada punkt 1 na wykresach. Nurnik
pompy wykonuje efektywny suw tłoczenia h dla . W celu
a l
zmniejszenia dawki paliwa gc początek podawania paliwa przesuwa się
z punktu 1 do, na przykład punktów 2 lub 3, którym odpowiadają kąty
i oraz efektywne skoki nurnika h i h . Poważną wa-
a 2 a3
dą tego sposobu regulacji jest mała prędkość nurnika pompy wtryskowej
w końcowej fazie podawania paliwa. Może to rzutować na skuteczność
rozpylania paliwa, jak i na spadek sprawności wolumetrycznej pompy
wtryskowej.
Wykresy na rysunku 4.1b) dotyczą regulacji przez zmianę końca
podawania paliwa. W całym zakresie obciążeń początkowi podawania
paliwa odpowiada punkt 1 i nie zmienia on swojego położenia. Jeżeli
dochodzi do zmniejszenia gc, to wówczas koniec podawania paliwa z
punktu 4 przesuwa się, na przykład do 3 lub 2 i odpowiednio do tego
zmienia się efektywny skok tłoka h . Dla tego sposobu regulacji kąt
a
wyprzedzenia wtrysku we wszystkich możliwych sytuacjach nie
zmienia się. Prędkość nurnika pompy w czasie wtrysku paliwa jest
wysoka i cała porcja paliwa jest dobrze rozpylana.
Na rysunku 4.1c) przedstawiona jest sytuacja dotycząca regulacji
początku i końca tłoczenia paliwa. Punkty 1-6 na wykresie odpowiadają
największej wartości gc. Każde zmniejszenie dawki paliwa następuje po
przesunięciu początku podawania paliwa z 1 do 2 lub 3, a końca z
punktu 6 do 5 lub 4. Tak jak w odniesieniu do pierwszego sposobu
regulacji zmiany te wywołują zmianę oraz h .
a
Dla silników pracujących ze stałą prędkością obrotową (np. agrega-
towych) drugi sposób regulacji jest najbardziej wygodny, ponieważ, przy
niezmiennych warunkach prędkościowych, stała wartość kąta wyprze-
dzenia wtrysku zapewnia zapłon paliwa przy tej samej stałej
wartości kąta obrotu wału korbowego. Powinno to zapewnić jednakowe
warunki przebiegu procesu roboczego w całym zakresie obciążeń silnika.
W silnikach wolnoobrotowych, pracujących ze stosunkowo małą
wartością kąta wyprzedzenia wtrysku (6-8�OWK), regulacja gc przez
zmianę początku podawania paliwa nie będzie najwłaściwsza, ponieważ
takie pompy wtryskowe w warunkach średnich i małych obciążeń silnika
rozpoczynają podawanie paliwa za GMP, obniżając ekonomiczne osiągi
126
silnika. Dlatego też we wspomnianych silnikach najczęściej stosuje się
pompy wtryskowe z regulacją mieszaną, to jest początku i końca poda-
wania paliwa.
Elementy regulacyjne w pompach typu zaworowego stanowią
zawory na ssaniu i tłoczeniu, których zadanie polega na przepuszczaniu
paliwa w odpowiednim momencie do przestrzeni dolotowej pompy.
W pompach typu Bosha obrotowy tłok jest organem regulacyjnym
przepuszczającym paliwo do przestrzeni dolotowej na początku lub na
końcu suwu.
Aby możliwie maksymalnie zmniejszyć zużycie paliwa przez silnik,
w układzie sterowania pracą pompy pojawiają się specjalne elementy,
umożliwiające (zdalnie) zmianę faz podawania paliwa w czasie pracy
silnika. W szczególności, przy obniżeniu mocy, prędkości obrotowej i
związanym z tym spadku maksymalnej wartości ciśnienia w komorze
spalania (pmax), możliwe jest zwiększenie kąta wyprzedzenia wtrysku,
aby utrzymać p na poziomie osiąganym dla nominalnych wartości
ma x
pracy i - tym samym - utrzymać na możliwie niskim poziomie jednost-
kowe zużycie paliwa.
4.1.3. Pompy wtryskowe zaworowe
Pompa
z regulacją wydajności zaworem przelewowym
na tłoczeniu
Głównymi elementami pompy (rys.4.2) są: para precyzyjna składa-
jąca się z tłoka typu nurnikowego 3 i tulei 4, popychacz pompy z rolką i
sprężyną powrotną 5, zawory - tłoczny 7, przelewowy regulacyjny 8 i
ssawny 6.
Mechanizm regulacji dawki na cykl składa się z takich elementów,
jak: popychacz 9 zaworu przelewowego ze śrubą regulacyjną 15,
dz
wignia 10, mimośrodowy wałek 11, wałek regulacyjny 12 i dz
wignia
paliwowa 14.
Zasada działania pompy jest następująca: Tłok pompy, współ-
pracując poprzez popychacz z krzywką wału rozrządu wykonuje ruch
posuwisto-zwrotny. Nieprzerwany kontakt między rolką 2 i krzywką 1
zapewnia działanie sprężyny 5. Podczas ruchu tłoka w dół paliwo, przez
zawór ssawny 6, wypełnia przestrzeń nad tłokiem. Zawór 6 otwiera się
127
pod ciśnieniem paliwa dopływającego z instalacji. Po przejściu tłoka
przez DMP i rozpoczęciu tłoczenia zawór ten się zamyka i efektywny
suw tłoczenia trwa tak długo, aż zawór przelewowy 8 nie otworzy
Rys.4.2. Schemat pompy wtryskowej z regulacją chwilowej wydajności zaworem
przelewowym na ssaniu \5\
się. Tłoczenie zostanie wówczas przerwane na skutek nagłego spadku
ciśnienia nad tłokiem i paliwo wraca przez rurociąg przelewowy do
zbiornika. Moment otwarcia zaworu 8 nastąpi wówczas, gdy zostanie on
uniesiony popychaczem 9, sterowanym jednoramienną dz
wignią 10.
Jest ona oparta jednym końcem na mimośrodowym wałku regula-
cyjnym 11, a drugim na popychaczu tłoka pompy. Moment otwarcia
zaworu przelewowego, a tym samym chwilowa wydajność pompy,
zależy bezpośrednio od wartości luzu l . Zmiany chwilowej wydajności
r
dokonuje się, obracając wałkiem regulacyjnym 12 dz
wigni paliwowej 14,
128
mimośrodowe wałki 11 o określoną wartość kąta jednocześnie na
wszystkich pompach. W ten sposób zmienia się punkt podparcia
popychacza 9. Po przesunięciu wspomnianego punktu w górę zmniejszy
się wartość luzu l i nastąpi wcześniejsze otwarcie zaworu przelewo-
r
wego 8, a więc i zmniejszenie dawki paliwa podawanej do wtryskiwacza.
Śruba regulacyjna 15 służy do statycznej regulacji wydajności pompy
wtryskowej, bowiem możemy w ten sposób zadawać wartości luzu l .
r
W pompie omawianego typu powinno istnieć również takie poło-
żenie mimośrodowego wałka regulacyjnego, aby zawór regulacyjny po-
zostawał zawsze w pozycji otwartej, niezależnie od położenia tłoka
pompy. Odpowiada to zerowej dawce paliwa i położeniu dz
wigni pali-
wowej w pozycji zero ( stop").
Cechą charakterystyczną analizowanych pomp jest stały, niezależny od
chwilowej wydajności, początek wtrysku paliwa oraz zmienny jego koniec.
Pompa
z regulacją wydajności zaworem przelewowym
na ssaniu
Głównymi elementami pompy są (rys.4.3): para precyzyjna, składa-
jąca się z tłoka 3 i tulei 4, popychacz pompy z rolką 2 i sprężyną
powrotną 5, zawory - tłoczny 7 i ssąco-przelewowy 6.
Mechanizm regulacji dawki na cykl składa się z takich samych
elementów jak mechanizm pompy omówionej poprzednio
Zasada działania pompy jest następująca: Tłok pompy, współ-
pracując poprzez popychacz z krzywką wału rozrządu, wykonuje ruch
posuwisto-zwrotny. Podczas ruchu tłoka w dół paliwo wypełnia prze-
strzeń pompy, dopływając z układu paliwowego przez zawór ssąco-prze-
lewowy 6. W pierwszej fazie tego ruchu zawór 6 otwiera się pod
działaniem ciśnienia paliwa dopływającego z instalacji, a o dalszym jego
otwarciu decyduje działanie na zawór popychacza 9 i dz
wigni dwu-
stronnej 10. W początkowej fazie suwu sprężania zawór, pozostający
pod działaniem 9 i 10 może być jeszcze otwarty i paliwo wyrzucane jest
z pompy do magistrali dolotowej.Początek podawania paliwa nastąpi
wówczas, gdy zawór ssąco-przelewowy osiądzie na gniez
dzie, to jest gdy
przestanie na niego działać popychacz. Koniec podawania paliwa jest
stały i nastąpi wówczas, gdy rolka popychacza nurnika pompy znajdzie
się na wierzchołku krzywki (nurnik w GMP).
129
Regulacja dawki na cykl odbywa się przez zmianę momenty
zamknięcia zaworu 6, czyli przez zmianę początku sprężania paliwa
Rys.4.3. Schemat pompy wtryskowej z regulacją chwilowej wydajności
zaworem przelewowym na tłoczeniu /5/
Regulacja wszystkich pomp znajdujących się na silniku odbywa sie
wałkiem 12 dz
wigni paliwowej 14, który oddziałuje na wałek mimośro-
dowy 11, zmieniając położenie punktu podparcia popychacza 9 W
trakcie ruchu tego punktu w górę zawór 6 póz
niej będzie się zamykał i
aktywny (czynny) skok tłoka oraz wielkość dawki paliwa zmniejszy się.
Jednocześnie zmaleje wartość kąta wyprzedzenia podawania paliwa.
Powinna istnieć również taka sytuacja, kiedy zawór 6, niezależnie od
położenia tłoka pompy, będzie stale otwarty ( stop"). Pompa musi być
więc tak ustawiona w czasie regulacji statycznej, aby położeniu dz
wigni
paliwowej odpowiadało takie położenie mimośrodu, w którym zawór
ssąco-przelewowy nie osiada na gniez
dzie.
130
Regulacja kąta wyprzedzenia podawania paliwa odbywa się auto-
matycznie podczas zmiany dawki paliwa na cykl Jeśli trzeba dokonać
tylko zmiany kąta wyprzedzenia, to należy wówczas obrócić krzywkę na
właściwą stronę o pewien kąt. To przestawienie, zgodnie z kierunkiem
obrotu wału rozrządu, powoduje wzrost kąta wyprzedzenia podawania
paliwa na skutek wcześniejszego wchodzenia krzywki w przypór z rolką
Przedstawione pompy są mechanizmami zblokowanymi dwu- lub
trójsekcyjnymi, a oddziaływanie na wałek 12 może odbywać się w nich,
jak na rysunkach, ręcznie lub regulatorem prędkości obrotowej.
Pompa
z regulacją wydajności zaworami przelewowymi
na ssaniu i tłoczeniu
Rozwiązanie takie pokazano na rysunku 4 4 W pompie tej po-
łączono sposoby regulacji chwilowej wydajności uprzednio opisanych
pomp. Dlatego też jej cechą charakterystyczną jest zależny od chwilowej
wydajności zmienny zarówno początek jak i koniec podawania paliwa.
Na rysunku zaznaczono luzy regulacyjne na popychaczach zaworu
ssawnego l i tłocznego l . Poprzez odpowiednie operowanie tymi
rs rt
Rys.4.4 Schemat pompy wtrys-
kowej z regulacją chwilowej wy-
dajności zaworami przelewowymi
na ssaniu i tłoczeniu /5/
131
wielkościami można otrzymać szeroki zakres regulacji. Zmniejszenie
dawki paliwa wymaga zmniejszenia luzów l i l , natomiast opóz
nie-
rs rt
nie wtrysku (przesunięcie początku sprężania paliwa) wymaga zwiększe-
nia l i zmniejszenia l .
rt rs
Pompy tego typu wykonuje się również w postaci zblokowanej
(kilka sekcji w jednym korpusie), a na wałki regulacyjne coraz częściej
oddziałują cięgna urządzenia VIT (Varible Injection Timing).
Przykład rozwiązania konstrukcyjnego takiej pompy pokazano na
rysunku 4.5.
Firma SULZER rozwiązała problem optymalizacji charakterystyk
regulacyjnych w pompach zaworowych właśnie przez włączenie w
system sterowania pracy pompy urządzenia VIT. Pozwala ono synchro-
nicznie zadawać kąty wyprzedzenia wtrysku i czas trwania wtrysku w
zakresie obciążeń N < N zgodnie z programem wchodzącym w
e e n o m
skład regulatora prędkości obrotowej. Oba zawory po stronie ssącej i
tłocznej są sterowane. Ich wałki mimośrodowe znajdują się pod działa-
niem cięgien urządzenia VIT połączonych z drugiej strony z regulato-
rem. Linie przerywane na rysunku odpowiadają zerowej i maksymalnej
wartości wskaz
nika obciążenia. Przy zmianie obciążenia silnika fazy
podawania - kąty początku i końca podawani a paliwa są regulowane
automatycznie zgodnie z programem VIT (rys 4.6).
Nietrudno zaobserwować, że wraz ze spadkiem obciążenia silnika
N , czas trwania podawania paliwa przez pompę, wyrażony w stopniach
e
OWK, znacznie się zmniejsza, ponieważ kąt wyprzedzenia wtrysku
początkowo rośnie (do 75% N ) i tylko powyżej 75% N zaczyna się
e e
zmniejszać.
W rezultacie takiego sterowania charakterystykami regulacyj-
nymi uzyskano możliwość utrzymania p = const - w zakresie ob-
m a x
ciążeń N = 100-85% N - i obniżenia jednostkowego zużycia
e e n o m
paliwa ge (rys.4.7).
Na rysunku 4.8 przedstawiono zmianę p i ge podczas przejścia
ma x
na paliwo gorszej jakości oraz zaprezentowano możliwość powrotu do
poprzednich warunków pracy dzięki korekcie kąta wyprzedzenia wtrysku
ręczną dz
wignią jakości paliwa. Jest to działanie tożsame z korygowa-
niem programu VIT w regulatorze. Ustawiając wspomnianą dz
wignię w
położeniu zaznaczonym na rysunku 4.6 linią przerywaną, uzyskujemy
wzrost kąta wyprzedzenia wtrysku i powrót do poprzednich,
optymalnych wartości poziomu p i ge .
ma x
132
Rys4.5. Pompa wtryskowa silnika SULZER RND 90: a) przekrój pompy
133
Rys 4 5. Pompa wtryskowa silnika SULZER RND 90 b) przekrój pompy
134
Oznaczenia do rysunku 4.5a) i b):
01 - krzywka paliwowa
02 - kadłub
03 - wodzik napędu
04 - watek mimośrodowy
05 - nakrętka
06 - część pośrednia
07 - tulejka dociskowa tulei prowadzącej
08 - nakrętka
09 - pneumatyczny wyłącznik bezpieczeństwa
10 - króciec do przyłączenia ciśnieniowego przewodu paliwowego
11 - wkręt z łbem z gniazdem
12 ~ tuleja prowadząca
12a - nurnik
13 - korpus pompy wtryskowej
14 - sprężyny
15 - ręczna dz
wignia wyłączania pompy
16 - dz
wignia regulacyjna
17 - czop wyłączający
18 - tuleja prowadząca
19 - rolka rozrządu
20 - wał rozrządu
21 - śruba ściągowa
22 - tuleja krzywki
23 - łożysko wału
24 - nakrętka krzywki paliwowej
25 - wpust
26 - czop rolki
27 - dz
wignia sterująca zaworu przelewowego
27a - dz
wignia sterująca zaworu ssącego
28 - popychacz regulacyjny zaworu przelewowego
29 - popychacz regulacyjny zaworu ssącego
30 - pokrywa do zaworów ssącego i przelewowego
31 - pierścień gumowy
32 - zawór bezpieczeństwa
33 - tuleja prowadząca
34 - popychacz
35 - sprężyna
36 - pierścień zabezpieczający
U1 - zawór przelewowy (pompa 1)
U2 - zawór przelewowy (pompa 2)
D1 - zawór tłoczny (pompa 1)
D2 - zawór tłoczny (pompa 2)
S1 - zawór ssący (pompa 1)
S2 - zawór ssący (pompa 2)
O1 - wlot oleju do łożyska wału rozrządu
02 - wlot oleju do napędu
03 - wlot oleju do wałka mimośrodowego i dz
wigni sterujących
* - połączenia dociągane określonym momentem obrotowym
135
Krzywka paliwowa
Rys.4,6. Schemat urządzenia VIT i charakterystyka wtrysku
136
Rys.4. 7 Porównanie zmian pmax i ge w funkcji obciążenia silnika
z tradycyjną aparaturą wtryskową i z VIT
Rys.4.8. Zmiany pmax i ge w funkcji obciążenia silnika
towarzyszące przejściu na paliwo gorszej jakości
137
Należy również zwrócić uwagę na charakter zmian fazy końca
podawania paliwa. Zgodnie z tym, co pokazano na rysunku 4.6, do
50% obciążenia silnika podawanie paliwa kończy się w GMP, a więc
cala faza wtrysku wchodzi w tak zwane wyprzedzenie. Powoduje to
wzrost maksymalnych ciśnień gazów w cylindrze w zakresie obciążeń
częściowych, czego konsekwencją jest wzrost ekonomiczności pracy
silnika, ale także podniesienie właściwości manewrowych silnika.
4.1.4. Pompy wtryskowe z tłoczkiem obrotowym
W pompach tego typu nurnik pełni rolę elementu regulacyjnego,
wpływającego na wielkość dawki paliwa na cykl. W górnej części tłoka
są wyfrezowane pionowy rowek oraz charakterystyczna śrubowa
krawędz
sterująca, która w zależności od położenia tłoczka umożliwia
wcześniejsze lub póz
niejsze połączenie przestrzeni nad tłoczkiem z
otwo,rem przelewowym.
Śrubową krawędz
sterującą wykonuje się różnie, odpowiednio do
sposobu regulacji dawki paliwa. Na rysunku 4.9 pokazano położenie
krawędzi na tłoczku, gdy pompa pracuje:
- ze stałym początkiem i zmiennym końcem wtrysku dawki paliwa
(rys.4.9a),
- ze zmiennym początkiem i stałym końcem wtrysku dawki paliwa
(rys.4.9b),
- ze zmiennym początkiem i zmiennym końcem wtrysku dawki
(rys.4.9c).
b)
Rys.4.9. Położenie krawędzi sterujących na tłoczku pompy wtryskowej z obrotowym
tłoczkiem; tłok regulujący: a) koniec wtrysku; b) początek wtrysku, c) początek i
koniec wtrysku
138
Tuleja, w której porusza się tłoczek pompy ma jedno lub dwa okna
(otwory) przelewowe. Zasadę działania zespołu tłoczącego takiej pompy
pokazano na rysunku 4.10. W DMP (rys.4.10a)) tłoczek odsłania
całkowicie oba otwory przelewowe i przestrzeń nad tłoczkiem wypełnia
się paliwem. W czasie ruchu tłoczka do góry część paliwa uchodzi z
powrotem do komory paliwowej. Z chwilą kiedy tłoczek zamknie otwory
przelewowe (rys.4.1 Ob)), zaczyna się właściwe tłoczenie paliwa, które
trwa tak długo, aż śrubowa krawędz
sterująca tłoczka odsłoni otwór
przelewowy (rys.4.10c)). W tym położeniu pionowy rowek łączy prze-
strzeń nad tłoczkiem z otworem przelewowym pompy. Pod wpływem
dalszego ruchu tłoczka w kierunku GMP paliwo wypływa przez otwór
przelewowy.
Rys 4.10. Zasada działania pompy wtryskowej z obrotowym tłoczkiem:
a)-d) kolejne fazy pracy pompy, e) położenie tłoka dla dawki zerowej
Regulacja dawki wtryskiwanego paliwa polega na obróce-
niu tłoczka w cylinderku dookoła jego osi o pewien kąt. Zmiana kąto-
wego położenia tłoczka zapewnia wcześniejsze lub póz
niejsze odsło-
nięcie otworu przelewowego (rys.4.10c),d)) przez śrubową krawędz

sterującą, co jest jednoznaczne ze zmianą czynnego skoku tłoczka. Gdy
rowek pionowy w tłoczku znajduje się naprzeciw otworu przelewowego
(rys.4.10e)), paliwo nie jest tłoczone i jego wtrysk do cylindra zostaje
wstrzymany (zerowa nastawa listwy paliwowej).
Tłoczki wszystkich sekcji tłoczących są obracane jednocześnie o taki
sam kąt, na przykład za pomocą wspólnej zębatki 1 (rys.4.11)). Z
zębatką współpracują pierścienie zębate 2, zaciśnięte na tulejach po-
krętnych 3. Te ostatnie są z kolei sprzęgnięte z tłoczkami za
pośrednictwem specjalnych występów 4. Przesunięcie zębatki sprawia,
że pierścienie zębate wszystkich sekcji tłoczących, wraz z tulejami
139
pokrętnymi, obracają się, powodując jednocześnie obrót wszystkich
tłoczków pompy wtryskowej o taki sam kąt. Gdy pracuje pompa silnika,
położeniem zębatki steruje regulator częstotliwości obrotów.
Własności pompy wtryskowej ocenia się na podstawie jej charak-
terystyki prędkościowej. Charakterystyka taka przedstawia krzywe zmian
dawki paliwa przypadające na jeden cykl, w zależności od częstotliwości
obrotów wałka krzywkowego, przy różnych ustawieniach organu
sterującego.
W pompach wtryskowych z pokrętnymi tłoczkami dawka wtryski-
wanego paliwa zwiększa się w miarę wzrostu częstotliwości obrotów.
Jest to spowodowane procesami zachodzącymi w pompie podczas jej
pracy. Tłoczenie paliwa teoretycznie powinno rozpocząć się z chwilą,
gdy tłoczek górną krawędzią przysłoni otwór ssawny (rys.4.1 Ob)). W
rzeczywistości rozpoczyna się ono trochę wcześniej i to tym wcześniej,
im większa jest częstotliwość obrotów. Dławienie jest bowiem tym
większe, im większa jest prędkość wypływu paliwa. Po zakończeniu
tłoczenia, na skutek odsłonięcia otworu przelewowego (rys.4.10c))
podczas samoczynnego zamykania się zaworu tłocznego, część paliwa
rozprężającego się w przewodzie wysokiego ciśnienia odpływa z powro-
tem do cylinderka. Przy większej częstotliwości obrotów silnika ten
powrotny przepływ paliwa jest bardziej dławiony, dzięki czemu wzrasta
dawka paliwa dostarczanego do komory spalania.
Taki przebieg charakterystyki pompy
wtryskowej z pokrętnymi tłoczkami nie
zapewnia zadanego przebiegu zmian
dawki paliwa, jaki określa charaktery-
styka granicy dymienia.
W celu zbliżenia przebiegu krzywej
wydajności pompy wtryskowej do prze-
biegu krzywej sprawności napełnienia i -
dzięki temu - uzyskania korzystniejszego
przebiegu zmian momentu obrotowego
silnika stosuje się tzw. korektory, czyli
urządzenia korygujące charakterystykę
Rys.4.11. Mechanizm obracania pompy
tłoczka pompy wtryskowej
140
Korektory hydrauliczne działają najczęściej na zasadzie
zmniejszenia ciśnienia paliwa w przewodzie wysokiego ciśnienia po
zakończeniu wtrysku lub na zasadzie zwiększenia ciśnienia w tym
przewodzie, w czasie gdy rośnie częstotliwość obrotów silnika Przykła-
dem korektora działającego na zasadzie upustu nadmiaru paliwa w
przewodzie wysokiego ciśnienia może być korektor z zaworkiem przele-
wowym typu Henschel. Umieszcza się go między pompą wtryskową i
wtryskiwaczem. W wielu pompach z pokrętnymi tłoczkami korygowanie
dawki paliwa przypadającej na jeden obieg polega na zmniejszeniu
ciśnienia w przewodzie wysokiego ciśnienia. Funkcję korektora hydrau-
licznego spełnia wówczas odpowiednio wykonany zawór tłoczny
Podstawowym zadaniem zaworu tłocznego jest przerywanie przepływu
paliwa z przewodu wysokiego ciśnienia do pompy, a dodatkowo również
odciążanie układu wysokiego ciśnienia i korygowanie dawki paliwa.
Przykłady zaworów tłocznych pokazano na rysunkach 4.12 i 4.13.
W rozwiązaniu przedstawionym na rysunku 4.12b) zmienny przekrój
rowków na części prowadzącej zaworu sprawia, że wznios zaworu zależy od
Rys.4.12. Zawory tłoczne: a) zwykły, b) spełniający zadanie korektora dawki^
paliwa, c) charakterystyka pompy
141
prędkości przepływu paliwa przez rowki zaworu. Większej częstotliwości
obrotów wału korbowego silnika odpowiada większa prędkość prze-
pływu paliwa przez rowki, a zatem większy wznios zaworu. W miarę
jego wzrostu większy jest spadek ciśnienia w przewodzie tłocznym
podczas opadania zaworu na gniazdo i odwrotnie. W ten sposób, wraz
ze spadkiem częstotliwości obrotów silnika, w przewodzie wysokiego
ciśnienia po zakończeniu wtrysku utrzymuje się coraz wyższe ciśnienie.
Dzięki temu podczas suwu tłoczenia paliwo jest sprężane od wyższego
ciśnienia początkowego, wzrasta więc jego dawka (rys.4.12c)). Zmniej-
szeniu częstotliwości obrotów odpowiada wzrost ciśnienia w przewodach
tłocznych, co przyspiesza początek wtrysku. Tak więc zmiana często-
tliwości obrotów silnika powoduje zmianę początku wtrysku
Wadą prezentowanego
roz-
wiązania jest niemożność uzyskania
identycznie skorygowanych charak-
terystyk dla poszczególnych sekcji
tłoczących.
W pompach wtryskowych z
pokrętnymi tłoczkami zadanie opty-
Otwarty
malizacji charakterystyk jest bar-
Rys.4 13. Zawór tłoczny odciążający
dziej złożone aniżeli w pompach
zaworowych, ponieważ sterowanie
początkiem i końcem podawania paliwa może odbywać się tylko
poprzez formowanie (kształtowanie) krawędzi sterujących na tłoczku
pompy (rys.4.14a)). Tak między innymi zadanie to było realizowane
przez firmy MAN i B&W w zmodernizowanych konstrukcjach pomp dla
silników MAN KZ 70/120E, MAN KSZ 70/125B i B&W 6L45GFCA.
W każdym rozwiązaniu nurnik ma dwie pary symetrycznie poło-
żonych krawędzi sterujących i dwa okna (otwory) w tulei (rys.4.16 i
4.17). Na rysunku 4.14a) pokazano rozwinięcie powierzchni tłoczka
obrazujące układ krawędzi sterujących. Górne krawędzie ABC decydują
o kształcie charakterystyki początku podawania paliwa, dolna DE -
charakterystyki końca. Odległość w pionie między krawędziami określa
aktywny skok tłoczka h i kąt , który jest sumą kątów początku i
a
końca podawania paliwa przez pompę.
Optymalizację faz podawania paliwa (zastosowanie VIT) w danej
sytuacji zapewnia fakt, że, wraz z obrotem tłoczka w celu zmniejszenia
142
jego aktywnego skoku , górna krawędz
początkowo podnosi się i
kąt początku podawania paliwa rośnie (odcinek C), potem przez pewien
czas pozostaje na nie zmienionym poziomie (odcinek B), a dla średnich i
małych obciążeń obniża się (odcinek A), przez co wartość kąta początku
podawania paliwa spada. Schematycznie charakterystyka zmian kąta
początku podawania paliwa w funkcji obciążenia została pokazana na
rysunku 4.14b). Dolna krawędz
sterująca jest również zróżnicowana,
stopniowana. Na części swojego przebiegu (odcinek E) jest stosunkowo
Rys. 4.14. Realizacja VIT w pompie wtryskowej z obrotowym tłoczkiem:
a) rozwinięcie powierzchni tłoka pompy, b) charakterystyka zmian kąta po-
czątku podawania paliwa w funkcji obciążenia; c) charakterystyki dynamiczne
wtrysku na przykładzie silnika B&W, d), e) zmiany pz i ge w funkcji obciążenia
silnika
143
stroma, a na części D ma nachylenie łagodniejsze. Wspomniana sytua-
cja wynika stąd, że spadek obciążenia silnika wymaga skrócenia czasu
podawania paliwa, kąt powinien być zatem mniejszy. Ponieważ
jednak na odcinkach C i B kąt początku podawania paliwa nie zmniej-
szył się, to faza podawania paliwa może być krótsza tylko dzięki spad-
kowi wartości kąta końca podawania i dlatego właśnie taki jest charakter
przebiegu odcinka E. Ostatecznie jednak o przebiegu charakterystyk
regulacyjnych aparatury wtryskowej decydują parametry dynamiczne
wtrysku, to jest początek i koniec podawania paliwa przez wtryskiwacz.
Na rysunku 4.14c) podano takie charakterystyki z uwzględnieniem
przebiegów ciśnienia wtrysku w silniku B&W L45GFCA (silnik pra-
cował według charakterystyki śrubowej).
Porównując rysunki 4.14a) i 4.14c), łatwo zauważyć, że istnieje
znaczna zbieżność między charakterystykami (przebieg krawędzi
sterujących na rys.4.14a)) i dynamicznymi (na rys.4.14c)). Podobień-
stwa, o których mowa wykazują odcinki: 1-2-3-4 i C-B-A oraz 7-6-5 i E-
D. Wynika z tego, że w procesie dynamicznym (wtrysku paliwa)
doskonale wykorzystane jest - zadane profilem krawędzi sterujących
nurnika pompy - optymalne sterowanie wtryskiem.
Na rysunkach 4.14d) i 4.14e) pokazano eksperymentalne zależ-
ności zmian wybranych wskaz
ników pracy silnika - maksymalnego
ciśnienia w cylindrze pz i jednostkowego zużycia paliwa ge - w pompie
wtryskowej z regulacją tylko końca podawania paliwa (linia przerywana) i
ze zoptymalizowaną regulacją poprzez zastosowanie stopniowych kra-
wędzi sterujących (linie ciągłe). Nietrudno zauważyć, że i w pompie z
pokrętnym tłoczkiem idea VIT może być spełniona, co zapewnia
silnikowi warunki ekonomicznej pracy w szerokim zakresie obciążeń.
Nie oznacza to jednak, że pompy tego typu konstrukcyjnie dobrze
spełniają ideę VIT. Nie posiadają zaworów przelewowych i cięgien nimi
sterujących, ich budowa jest więc prosta, nie można jednak,w
przeciwieństwie do pomp zaworowych sterowanych mechanizmem VIT
prostą drogą, w czasie pracy silnika dokonać zmian nastaw przy zmianie
jakości paliwa.
We współczesnych silnikach okrętowych, w których idea VIT
realizowana jest dzięki odpowiednio dobranemu kształtowi krawędzi
sterujących, zmiana paliwa pociąga za sobą konieczność - indywidualnej
dla każdej sekcji - zmiany kąta początku podawania paliwa przez
pompę. W zależności od konstrukcji wykonuje się to albo przez zmianę
144
podkładek regulacyjnych, albo przez obrót krzywki na wale rozrządu. Te
sposoby regulacji zostaną dalej przedstawione na przykładzie konkret-
nych rozwiązań konstrukcyjnych. Należy przy tym pamiętać, że zawsze
jednak są one niełatwe i pracochłonne. W związku z tym w niektórych
silnikach okrętowych, na przykład czterosuwowym silniku średnioobro-
towym MAN L 58/64 pompy wtryskowe z obrotowym tłoczkiem i
stopniowanymi krawędziami sterującymi wyposażono dodatkowo w
specjalną dz
wignię z mimośrodowym wałkiem, która służy do zmiany
kąta początku podawania paliwa. Przypomina to rozwiązanie stosowane
w starych konstrukcjach pomp wtryskowych silników B&W. Związane z
nim doświadczenia eksploatacyjne są jednak niezbyt zachęcające. Złożo-
ność konstrukcji i duża zawodność, obniżają korzyści wynikające z szer-
szych możliwości regulacyjnych.
Ciekawym przykładem rozwiązania zadania VIT w pompach typu
Bosha jest zastosowanie mechanizmu dwudz
wigniowego. W pompy
takie wyposażone są silniki MAN - B&W typu L-MC, poza małymi
silnikami MAN - B&W L35MC i L42MC. Ich konstrukcja zostanie
przedstawiona w dalszej części rozdziału. System sterowania dz
wigniami
pracuje zgodnie z programem VIT, a jego mechanizm przedstawiono na
rysunku 4.15. Dawkę paliwa na cykl zmienia się znanym sposobem
przez obrót tłoczka 2, który jest wymuszony zębatą listwą paliwową 6 i
obrotową tuleją 5. Natomiast zmiana kąta początku podawania paliwa
przez pompę odbywa się nowym sposobem. W zależności od obciążenia
silnika, a więc i dawki paliwa na cykl, moment zakrywania przez tłoczek
otworów przelewowych w tulei 1, czyli początek podawania paliwa
następuje zgodnie z programem VIT, na przykład według zależności
pokazanej na rysunku 4.15b). Jest to możliwe dzięki oddziaływaniu
drugiej dz
wigni urządzenia przez zębatkę 4 na tulejkę obrotową 3 i tą
drogą - na tuleję 1 pompy. W ten sposób tuleja może wykonywać w
pewnym zakresie ruch osiowy. W skład omawianego systemu wchodzą
trzy główne elementy: wał 10 związany z regulatorem prędkości
obrotowej, zawór sterowania 14 (czujnik położenia dz
wigni 4 VIT) i
wykonawczy cylinder 17 pneumatycznego serwomechanizmu odpowie-
dzialnego za ruch osiowy tulei pompy. Powietrze robocze dopływa do
zaworu 14 przewodem 15 i - pod zadanym ciśnieniem około 0.5 MPa -
podawane jest przewodem 16 do cylindra serwomechanizmu 17. Za
parametr wejściowy w systemie regulacyjnym VIT przyjęto uważać
położenie wału 10 regulatora prędkości obrotowej. Przez dz
wignię 9 wał
145
10 bezpośrednio oddziałuje na mechanizm obrotu tłoczka pompy
(zębatka 6 i obrotowa tuleja zębata 5), a więc na zmianę dawki paliwa,
natomiast przez cięgna 11 i 13 działa na trzon 12 zaworu sterującego 14.
W ten sposób aktywny skok tłoczka pompy h i kąt wyprzedzenia (kąt
a
początku podawania paliwa) są ze sobą powiązane i podporządkowane
programowi, wchodzącemu w skład regulatora prędkości obrotowej.
Możliwe jest również indywidualne regulowanie każdej pompy. W tym
celu przewidziano na każdej dz
wigni ściągacze śrubowe 7 i 8.
Rys.4.15 Realizacja VIT w pompie z obrotowym tłoczkiem i mechanizmem dwu-
dz
wigniowym: a) schemat mechanizmu VIT; b,c) charakterystyki regulacyjne
urządzenia VIT
W warunkach eksploatacyjnych kontrola systemu sterowania VIT
sprowadza się do porównywania - na podstawie odpowiednich wykre-
sów - położenia listwy 4 VIT (indeks IVIT) i trzona 12 (indeks IKY) z
w
ciśnieniem powietrza p zaworze 14 i serwomotorze p1 8
KY
146
(rys.4.15b),c)). Jeżeli na statek zostanie przyjęte paliwo odbiegające
składem od poprzedniego,system VIT łatwo można dostroić do nowych
warunków poprzez zmianę położenia trzona 12 zaworu-czujnika 14.
Rozwiązanie to jest oczywiście bardzo interesujące i oryginalne, ale z
doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że niezawodność pracy silników -
szczególnie dużych L-MC - nie jest zadowalająca. Wynika to prawdopo-
dobnie z tego, że tuleja pary precyzyjnej pompy jest bardzo ciężka (np
w silniku L60MC jej masa wynosi 34 kg), a musi ona przecież
swobodnie poosiowo się poruszać, dodatkowo wymaga odpowiedniego
uszczelnienia (nawet do 9 pierścieni uszczelniających).
Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych
pomp wtryskowych z obrotowym tłoczkiem
Na rysunku 4.16. pokazano konstrukcję pompy wtryskowej
silnika MAN KSZ 70/125B. Jej napęd realizowany jest od wału
rozrządu 4, na którym rozmieszczono dwie krzywki (rys.4.16a))
składające się z nieruchomej części 3, zabezpieczonej klinem oraz części
profilowanych 5 i 2 do jazdy  naprzód" i  wstecz". Położenie ich może
być zmienione (każdej oddzielnie), poprzez poluzowanie śruby 6 wkrę-
canej w przeguby 7. Przemieszczenie krzywek następuje w ramach luzu 1
= 20-30 mm. Przesterowanie silnika odbywa się przez osiowe przesu-
nięcie wału rozrządu 4. W trakcie tego rolka popychacza tłoczka pompy
wtryskowej odsuwana jest w górę dzięki specjalnym skośnym powierzch-
niom 1 krzywek 2 i 5. Podstawowymi elementami tej pompy są
(rys.4.16b)): para precyzyjna pompy - tłok 22 i tuleja 24, sprężyna
powrotna 17 w korpusie 18, wstawka zaworowa 26 z zaworem tłocz-
nym 9 i zaworem zwrotnym 25. W skład mechanizmu regulacji dawki
paliwa na cykl wchodzi wymieniona już para precyzyjna 22 i 24 oraz
obrotowa tulejka 21, z zębatym wieńcem 16. Dolna część obrotowej
tulejki 21 zawiera wyfrezowany prostokątny otwór 20, wzdłuż którego w
czasie pracy pompy porusza się poprzeczka tłoczka 19 Zębata listwa
paliwowa współpracuje z zębatym wieńcem 16, co pozwala ruch
dz
wigni zamienić na obrót tłoczka pompy przez połączenie 20 i 19 Na
tłoczku pompy 22 wykonano dwie symetryczne krawędzie regulacyjne 13 i
15 posiadające złożony kształt i zapewniające optymalne fazy początku i
końca podawania paliwa przy zmiennych obciążeniach silnika. Zasada
działania tej pompy sprowadza się do następujących faz W dolnym
147
skrajnym położeniu nurnika pompy w połowie odsłaniane są okna w
tulei (rys.4.16b)) i dlatego też, kiedy rozpoczyna się ruch tłoka w górę
Rys.4.16. Pompa wtryskowa silnika MAN KSZ z optymalizacją regulacji dawki
paliwa na cykl: a) krzywka pompy; b) przekrój pompy
w suwie sprężania, część paliwa z przestrzeni nad tłokiem powraca do
komory dolotowej 12. Początek podawania przez pompę paliwa
następuje w momencie, kiedy okna 11 zostaną zasłonięte przez górną
krawędz
sterującą 13. Paliwo sprężane podawane jest za pośrednictwem
zaworu tłocznego 9 kanałem 8 do przewodu wysokiego ciśnienia i do
wtryskiwacza. Aktywny skok tłoka h trwa do momentu, kiedy dolne
a
krawędzie sterujące 15 dojdą do okien roboczych 11 w tulei. Z po-
148
czątkiem ich odsłonięcia (koniec podawania paliwa przez pompę) bardzo
silny strumień paliwa opuszcza pompę. Wynika to z faktu, że na koniec
podawania paliwa przypada również maksymalne ciśnienie wtrysku
(80-100 MPa). Aby zabezpieczyć korpus pompy przed zużyciem
związanym z silnym uderzeniem hydraulicznym i zużyciem kawita-
cyjnym, naprzeciw okien roboczych znajdują się specjalne śruby-odbija-
cze 23. Przejmują one wymienione obciążenia, a ich wymiana po
wypracowaniu jest znacznie tańsza aniżeli wymiana całego korpusu pompy.
W celu obniżenia prędkości przejścia paliwa przez krawędzie steru-
jące 15 i, tym samym - zmniejszenia ich erozji kawitacyjnej i niebezpie-
czeństwa uszkodzenia nurnika pompy, który jest elementem bardzo
drogim, wprowadzono w tej konstrukcji tłumienie energii przepływu.
Osiąga się to przez zamontowanie na dolocie i odlocie paliwa
specjalnych sztucerów 10 o małym przekroju czynnym. Dzięki temu w
czasie przepływu paliwa w przestrzeni 12 rośnie ciśnienie. Wymusza to
znaczne zmniejszenie spadków ciśnienia i prędkości w pompie, a więc i
w obszarze krawędzi sterujących 15. Spada więc zagrożenie wystąpienia
kawitacji i zużycia pompy. Z badań, które prowadziła firma MAN wy-
nikało, że zawór 9 po stronie tłocznej pompy jest przyczyną występo-
wania falowych zjawisk w przewodzie wysokiego ciśnienia w momencie
zakończenia procesu podawania paliwa. Negatywne skutki tych zjawisk
to przede wszystkim przewlekłość wtrysku, niestabilność ciśnienia
resztkowego w poszczególnych pompach i kawitacja przewodów
wysokiego ciśnienia. W celu ich wyeliminowania pompy silników
MAN KSZ 70/125B, a także V 52/55A wyposażono w zawór po-
wrotny - odciążający 25.
Z zaprezentowanego opisu wynika, że w omawianej pompie
wtryskowej dawka paliwa na cykl dla różnych stanów obciążenia silnika
jest regulowana sposobem mieszanym, to jest poprzez zmianę momentu
początku i końca podawania paliwa. Nie odbywa się to jednak trady-
cyjnie, jak wówczas, gdy krawędzie sterujące 13 i 15 mają typowy
gwintowy profil, gdyż wyposażono je w specjalne krawędzie profilowane
umożliwiające optymalizację faz początku i końca podawania paliwa.
Regulacja dawki paliwa dla wszystkich cylindrów przy zmianie
obciążenia silnika osiągana jest przez jednoczesny obrót tłoczków
wszystkich pomp od wspólnej listwy paliwowej. Ruch jej przez
mechanizm obrotu z elementami 16, 21, 20, 19 powoduje obrót
tłoczków wokół własnej osi.
149
Regulacji każdej z pomp oddzielnie można dokonać przez
wydłużenie lub skrócenie cięgna, wykorzystując do tego przewidzianą
śrubę regulacyjną. W ten sposób można indywidualnie dla każdego
cylindra ustawić wartość pr Kąt wyprzedzenia wtrysku ustawia się po-
przez obrót krzywki 5 lub 2 na wale. W instrukcji obsługi silnika podaje
się zazwyczaj zależność pomiędzy kątem obrotu krzywki a wzrostem lub
spadkiem maksymalnego ciśnienia w cylindrze.
Omawianą pompę można podwiesić. Zastosowano tu typowy,
ręczny mechanizm podnoszący popychacz wraz z rolką tak, że znajdują
się one poza zasięgiem krzywki.
Na rysunku 4 17 zaprezentowano pompę paliwową silnika
MAN-B&W L-GFCA. Napędza ją krzywka 31 o tzw. negatywnym
profilu, która osadzona jest na wale rozrządu, za pomocą połączenia
skurczowego. Ma ona krótki cylindryczny odcinek GF odpowiadający
dolnemu położeniu tłoka pompy ( = 9�) i dwie części robocze EF i
GH odpowiadające suwowi napełnienia i sprężania.
Nawrotność silnika jest osiągana przez obrót wału rozrządu o kąt 35�.
Podstawowe elementy pompy stanowią: para precyzyjna 13-16,
tłumik 18, w którym osadzony jest dodatkowy zawór płytkowy 17,
korpus wkręcony w głowicę pompy 21 (dolna część korpusu 18 centruje
tuleję 16), tłumik 12 wahań ciśnienia paliwa w przestrzeni 3
Mechanizm regulacji dawki paliwa na cykl składa się z dz
wigni 8, tulei
obrotowej 10 z wieńcem zębatym, poprzeczki 9 na trzonie tłoka,
poruszającej się w specjalnych, wyfrezowanych w tulei, otworach Węzeł
uszczelniający dolnej części tulei (między tuleją i korpusem 7 oraz tuleją i
tłoczkiem 13) służy do ograniczenia przecieków paliwa z pompy do oleju
smarnego. Uszczelnienie to stanowią pierścień gumowy 6 i składane
pierścienie 5.
Konstrukcję tej pompy charakteryzują następujące szczególne
rozwiązania: Tak jak w silnikach MAN KSZ 70/125B, górna część
tłoczka 13 ma dwie pary krawędzi sterujących 23, 24, 25 o bardzo
złożonym profilu, położonych symetrycznie naprzeciw siebie dla zapew-
nienia optymalnych faz początku i końca podawania przez pompę
paliwa przy zmiennych obciążeniach silnika.
Tuleja robocza 16 może przesuwać się w dół, aby możliwa była
regulacja kąta początku podawania paliwa Ponieważ jednak bardzo
ważną kwestią jest współosiowość pary precyzyjnej, tuleja jest również
centrowana w dolnej części korpusu 7.
150
Rys.4.17. Pompa wtryskowa silnika MAN- B&W L-GFCA- a) przekrój pompy;
b) fragment tłoka pompy z krawędziami sterującymi
151
Tłumik mechaniczny 12 składa się z obudowy 27, tłoczka 29
obciążonego sprężyną 28 i śruby oporowej 26, która służy do regulacji
siły napięcia sprężyny.
Początkowy otwór okna roboczego 15 ma bardzo małą średnicę
(3.2-3.6 mm), który dalej poszerza się. Mały przekrój początkowy
gwarantuje przepływ paliwa bez niebezpieczeństwa kawitacji, a po-
szerzająca się końcówka pozwala na zmniejszenie prędkości strugi
paliwa, to jest obniżenie energii uderzenia paliwa o ścianki specjalnych
śrub-odbijaczy 14. Zmniejsza to częstotliwość ich wymiany na skutek
zużycia.
W czasie pełnego skoku tłoka od skrajnego dolnego położenia GF
do wierzchołka krzywki (punkt H) odbywa się kolejno: przepuszczanie
paliwa na przelew przez górną krawędz
sterującą 23-24, aktywny skok
tłoka i ponowne przepuszczanie paliwa tym razem przez dolną krawędz

sterującą 25. Zawór wlotowy 17 w zasadzie zamyka się w tym samym
momencie, kiedy zakrywane są okna 15.
Wysoka energia strumienia paliwa opuszczającego pompę po
zakończeniu jego podawania w znacznym stopniu jest  wygaszana" w
masie paliwa, które wypełnia przestrzeń 3 pompy. Natomiast cyrkulacja
paliwa pomiędzy sztucerem wejściowym 4 i wylotowym 19 pozwala na
wyrzucenie z pompy tworzących się w tym czasie pęcherzy parowo-po-
wietrznych.
Pozostaje jednak zagadnienie towarzyszących opisanemu procesowi
zjawisk falowych w obszarze 3. Przeszkadzają one w procesie napeł-
niania przestrzeni roboczej pompy, a także wywołują silne udary
hydrauliczne decydujące w dużym stopniu o pojawiających się niespraw-
nościach. Tłumik 27, w który wyposażono pompę osłabia siłę tego
procesu falowego. Ciśnienie paliwa, działając na tłok 29, pokonuje opór
sprężyny 28. Tworzy się w ten sposób dodatkowa przestrzeń, co
zwiększa objętość komory 3 i wywołuje obniżenie amplitudy fal.
Regulacja omawianej pompy dokonuje się w sposób mieszany
Aktywny skok tłoka pompy zależy zarówno od początku, jak i końca
podawania paliwa. Zmiana dawki paliwa na cykl, przy zmianie obcią-
żenia silnika we wszystkich cylindrach, odbywa się przez jednoczesny
ruch listwy zębatej 8. Możliwa jest także indywidualna regulacja każdej z
pomp, na przykład w celu ustawienia wartości pi danego cylindra na
żądanym poziomie. Wówczas trzeba zmienić długość cięgna łączącego
daną pompę z wałkiem ogólnym.
152
Zerowa dawka paliwa możliwa jest wówczas, kiedy nurnik pompy
znajduje się w położeniu umożliwiającym stały powrót paliwa z
przestrzeni roboczej do dolotowej. Jest to sytuacja odpowiadająca po-
łożeniu dz
wigni manewrowej na  stop" i wówczas pionowy wyfrezowany
kanał 22 znajduje się stale w obszarze okien roboczych 15.
Kąt wyprzedzenia wtrysku można zmienić tylko poprzez zmianę
podkładek 20 znajdujących się pod głowicą 21 pompy. W ten sposób
można podnieść lub opuścić tuleję pompy, a więc zmienić moment
dojścia nurnika do otworów 15. Według instrukcji każda podkładka o
grubości 1 mm zmienia ciśnienie maksymalne w cylindrze o około 0.1 MPa.
Zmiana podkładek i tą drogą podnoszenie lub opuszczanie tulei daje
tylko ściśle określone, niezbyt szerokie możliwości zmiany kąta wy-
przedzenia wtrysku. Gdyby więc zaszła konieczność dokonania więk-
szych zmian, wytwórca przewidział możliwość zmiany położenia krzywki
na wale. Zanim jednak będzie możliwy jej obrót, należy prasą
hydrauliczną wytworzyć ciśnienie około 25 MPa, aby naruszyć połą-
czenie krzywki 31 z wałem 30.
Wyłączenie pompy z pracy odbywa się za pomocą pneumatycz-
nego mechanizmu, który podnosi popychacz pompy wraz z rolką tak,
aby nie stykały się z krzywką na wale rozrządu
Na rysunku 4.18 pokazano pompę paliwową silników
MAN-B& W serii L-MC. Jest to bardzo nowoczesna i perspektywicz-
na konstrukcja pompy wtryskowej z obrotowym tłoczkiem. Zostanie ona
zanalizowana poprzez porównanie z poprzednio prezentowanym roz-
wiązaniem pompy przedstawionej na rysunku 4.17.
Podstawowe elementy tej pompy stanowi para precyzyjna tłoczek-tu-
leja (elementy 3-5). Górna część tłoczka jest nieznacznie prostsza aniżeli
w poprzednio omówionej pompie silnika MAN-B&W L-GFCA. W ana-
lizowanym rozwiązaniu wykonano bowiem dwie śrubowe krawędzie
sterujące 4. Zarówno konstrukcja, jak i wymiana takiej pary precyzyjnej
są znacznie tańsze aniżeli poprzednio omówionej (rys.4.17b)). Tuleja
robocza 5 jest składana i może się przemieszczać poosiowo. Znajduje się
w niej dodatkowa powierzchnia centrująca umieszczona w górnej części
korpusu 14. Zawór dolotowy 15 został zamontowany w specjalnym
korpusie 16, wkręconym w głowicęl7 pompy (patrz węzeł I).
Mechanizm regulacji dawki paliwa składa się z dz
wigni zębatej 7,
tulei obrotowej 9 i poprzeczki tłoka 8. Ta grupa elementów różni się od
153
Rys.4.18. Pompa wtryskowa silnika MAN-B&W serii L-MC: a) przekrój;
b) mechanizm przesterowania
154
poprzednio omówionej konstrukcji tym, że dz
wignia 7 każdej z pomp
łączy się nie tylko z regulatorem prędkości obrotowej, ale także z
systemem sterowania VIT.
Mechanizm regulacji wyprzedzenia podawania paliwa, realizujący
zadania VIT, w systemie pozycjonera mechaniczno-pneumatycznego składa
się z dz
wigni 6, połączonej z wieńcem zębatym obrotowej tulei 10, i tulei
pompy 5. Wartość kąta wyprzedzenia podawania przez pompę paliwa
zmienia się przez osiowy ruch tulei 5 w górę lub w dół, w związku z czym
następuje zmiana momentu zakrywania przez tłok okien roboczych 13.
Ruch tulei odbywa się zgodnie z zasadą działania  śruba-nakrętka".
 Nakrętką" jest w tym wypadku obrotowa tuleja 10 Na jej wewnętrzne]
ściance wytoczono śrubowy rowek (na rys.4.18 nie został on pokazany),
w który wchodzi zwój gwintu naciętego na dolnym końcu tulei pompy 5
Przy ruchu dz
wigni 6 tuleja 10 osadzona dolnym kołnierzem w obu-
dowie 14 pompy, obracając się o pewien kąt, przez połączenie
gwintowe przesuwa się wzdłużnie względem tłoka. Cięgna 6 i 7 zwią-
zane są systemem sterowania VIT w celu optymalizacji charakterystyk
podawania paliwa, co opisano wcześniej i pokazano na rysunku 4.15.
Działanie i regulacja pompy przedstawia się następująco. Po-
czątek podawania paliwa przez pompę określa się momentem zakrycia
okien roboczych w tulei przez tłok Pełny skok tłoka składa się z okresu
przepuszczania paliwa na przelew do momentu początku podawania
paliwa, aktywnego skoku tłoka i przepuszczania paliwa po ponownym
odsłonięciu okien roboczych w tulei. Po zakryciu okien zawór dolotowy 15
w tym właśnie momencie osiada na gniez
dzie i rozpoczyna się podawa-
nie paliwa. Zawór 15 sterowany jest ciśnieniem panującym z jednej
strony w przestrzeni napełnienia, a z drugiej - tłoczenia pompy Paliwo
podawane do przestrzeni 2 ma ciśnienie około 1 MPa.
Koniec podawania paliwa przez pompę następuje w momencie,
kiedy krawędzie sterujące tłoka 4 zejdą się z dolnymi krawędziami okien
roboczych 13.
W celu wytłumienia dużej energii kinetycznej strugi paliwa opusz-
czającego pompę, wynikającej z bardzo wysokiego ciśnienia w mo-
mencie zakończenia podawania paliwa, i zabezpieczenia górnej części
tłoka 3 przed kawitacją przewidziano nie tylko małą średnicę cylin-
drycznej części okien 13, ale także zmniejszenie objętości przestrzeni 2
Oprócz tego, montując sztucery 1 i 11 o małej średnicy otworów
zdławiono kanały dolotowy i przelewowy. Dzięki temu po zakończeniu
155
podawania paliwa, w okresie jego przepuszczania na przelew, bardzo
szybko rośnie ciśnienie w przestrzeni 2, a co za tym idzie, zmniejsza się
gwałtowność spadku ciśnienia na roboczych krawędziach sterujących
tłoczka. Doświadczenia eksploatacyjne dowodzą, że zabiegi te znacznie
obniżyły podatność elementów na uszkodzenia kawitacyjne
Dawka paliwa na cykl ulega zmianie we wszystkich cylindrach
łącznie w momencie zmiany obciążenia silnika przez działanie na pompę
wspólnego wału związanego z regulatorem prędkości obrotowej i
dz
wigniami 7. Indywidualna regulacja odbywa się ogólnie przyjętym
sposobem - zmianą długości cięgna w dz
wigni 7.
Z zerową dawką mamy do czynienia wówczas, gdy dz
wignia 7
znajdzie się w takim położeniu, aby pionowe wycięcia w każdym z
tłoczków 3 znalazły się na przeciw okien roboczych 13.
Innym ciekawym rozwiązaniem w omawianej pompie jest jej napęd
i przesterowanie. Mechanizm napędu, poza krzywką 22, jest zupełnie
inny niż dotychczas omawiane (rys.4.18b)). W popychaczu posadowio-
no oś 25, na której końcach znajdują się swobodnie osadzone nakładki 24,
a między nimi zamontowano końcówkę popychacza (z poprzeczką).
Cylindryczna część popychacza jest umieszczona wewnątrz prowadnicy
stanowiącej część korpusu pompy. W dolnej części nakładek 24 osa-
dzono oś 20 rolki 21. Nacisk od krzywki 22 przekazywany jest przez
rolkę 21 na nakładki 24 i przez oś 25 - na popychacz tłoka.
Nawrotność jest osiągana przez przemieszczenie rolki 21 o kąt a w
lewo lub w prawo względem osi I-I tłoka. Mechanizm, który to warunku-
je, składa się z cylinderka pneumatycznego 19, cięgna 18 i suwaka 28.
W przecięcie tego ostatniego wchodzi palec 27 dz
wigni 26, która jest
przedłużeniem jednej z nakładek 24. W procesie  rewersu" elementy
wspomnianego mechanizmu przemieszczają się kątowo wokół nie-
ruchomej osi 25. Jedna z powierzchni oporowych 23 utwierdza
urządzenie w zadanym położeniu odpowiednio  naprzód" lub  wstecz".
Jeżeli z jakiejkolwiek przyczyny zmiana kierunku nie powiedzie się,
pompa automatycznie ustawia się na zerową dawkę paliwa. Omawiane
urządzenie jest wyposażone w ręczny mechanizm do podwieszania.
156
4.2. WTRYSKIWACZE
Wtryskiwacze montowane są w głowicach i służą do wtrysku i
rozpylania paliwa. Paliwo podawane jest do komory spalania przez
otwory o małej średnicy w końcówce wtryskiwacza. Forma strugi paliwa
opuszczającej wtryskiwacz, jej długość i skuteczność rozpylania zależą od
ciśnienia wtrysku, średnicy otworów w końcówce rozpylacza i ich
rozmieszczenia oraz od lepkości i gęstości paliwa.
Aby cała porcja paliwa była wtryskiwana do cylindra pod dosta-
tecznie wysokim ciśnieniem, zapewniającym niezbędną dokładność roz-
pylania, kanał, którym paliwo dociera do otworków w końcówce, jest
zamknięty iglicą, obciążoną (dociskaną) sprężyną lub ciśnieniem czyn-
nika hydraulicznego. Właśnie z uwagi na sposób docisku iglicy do
gniazda można dokonać dalszego podziału omawianych urządzeń na
wtryskiwacze z dociskiem mechanicznym lub hydraulicznym.
Końcówki wtryskiwaczy (rozpy-
lacze) mogą być wykonane w całości
(rys.4.19) lub jako składane. W roz-
wiązaniu pokazanym na rysunku 4.19
końcówkę wykonano jako jedną ca-
łość, gdzie.korpus 1 i prowadnica 3
oraz rozpylacz z otworkami 2 stanowią
jeden element. W końcówkach skła-
danych najczęściej rozpylacz z otwor-
kami jest elementem dołączanym.
W zależności od rodzaju elementu
zamykającego - iglicy - rozróżnia się
wtryskiwacze (rys.4.20):
- zaworowe (rys.4.20a),b),d)) wy-
posażone w iglicę (zawór iglicowy) i
otworki rozpylające o stałej średnicy
(jeden lub kilka); kąt powierzchni
zamykającej iglicy wynosi " = 60�
(rys.4.20a),b)), a we wtryskiwaczach z
płaskim gniazdem 180�
Rys.4.19. Rozpylacz wtryskiwacza (rys.4.20d));
157
- czopikowe, z czopem stożkowym (rys.4.20c)); wówczas kąt
strugi opuszczającej wtryskiwacz może być zmienny, na przykład 4-30�.
a)
b)
c)
d)
Rys.4.20. Typy rozpylaczy a) z dyszą wielootworową, b) z dyszą jednootworową
o wtrysku osiowym; c) z dyszą jednootworową czopikową, d) z płaskim gniazdem
Wtryskiwacze jednostrumieniowe i czopikowe stosowane są za-
zwyczaj w silnikach ze wstępną komorą spalania, natomiast zaworowe, z
dyszą wielootworową wykorzystuje się w silnikach z nie dzieloną komorą
spalania. Średnica otworów w końcówce może w małych silnikach wy-
nosić 0.15 mm, a w silnikach wolnoobrotowych dużych mocy - nawet
1.1 mm. Typowa liczba otworów wynosi od 3 do 12. Wznios iglicy
wtryskiwacza waha się w granicach h1= 0.4-1.4 mm Wtryskiwacze
silników o względnie niedużej średnicy cylindra (D 400 mm) są
zazwyczaj nie chłodzone. Natomiast w silnikach o większej średnicy
cylindra stosuje się zamknięte obiegi chłodzące - wodą, paliwem, olejem.
Parę precyzyjną wtryskiwacza stanowią iglica z prowadnicą, luz
wypadkowy wynosi zaledwie około 2-6 |im. Jest to zespół części wzajemnie
dobranych, dopasowanych i dotartych (podobnie jak tłok i cylinder w
pompie wtryskowej) i w związku z tym wymiennych tylko w komplecie
W stanie zamkniętym iglica powinna zapewniać całkowitą szczel-
ność, wykluczającą możliwość podciekama paliwa między powierzchnią
oporową uszczelniającą iglicy i gniazda, a także dostateczną szczelność
158
między iglicą i prowadnicą. Te warunki powinny być zachowane w
trakcie eksploatacji w możliwie długim czasie. Obecnie czas ten wynosi
od 1500 do 4000 godzin pracy silnika. Iglica i jej prowadnica pracują w
bardzo trudnych warunkach wynikających z tarcia i obciążeń udarowych,
przy wysokich ciśnieniach nawet powyżej 100 MPa, a także z uwzględ-
nieniem znacznych prędkości przepływu paliwa (200 m/s) i wysokiej
temperatury przekraczającej 100�C. Dlatego też materiały, z których
wykonuje się wtryskiwacze powinny charakteryzować się dużą twar-
dością, odpornością na zużycie, umożliwiającą tym urządzeniom zacho-
wanie przez długi okres właściwej geometrycznej formy
Najważniejsze elementy wtryskiwaczy zostały przedstawione na
rysunku 4.21. Należą do nich:
- korpus 15, do którego za pomocą nakrętki 14, mocuje się
uchwyt trzymający 12, składany rozpylacz z iglicą 9, jej prowadnicą A i
dyszą rozpylającą 10;
- wkładka oporowa 13 służąca do ograniczenia skoku iglicy
wtryskiwacza;
- mechanizm docisku iglicy, w którego skład wchodzą: sprężyna 6
i popychacz 8, dolny talerz 7 sprężyny posadowiony na górnym zakoń-
czeniu popychacza 8 i górny talerz łączący się śrubą 5 z urządzeniem
regulacyjnym. Urządzenie regulacyjne stanowią: specjalna tuleja 3
wkręcana w korpus i zabezpieczona śrubą 4. Wewnętrzny gwint w tulei
3 pozwala na wkręcenie i wykręcenie śruby 5 i - tą drogą - umożliwia
zmianę napięcia sprężyny wtryskiwacza. Zadane położenie śruby 5
pozwala utrzymać nakrętka oporowa 2. Z góry mechanizm regulacyjny
przykryty jest kołpakiem 1;
- przewód wysokiego ciśnienia 19, który, poprzez sztucer 18,
łączy się z korpusem wtryskiwacza;
- filtr wysokiego ciśnienia 17 składający się z centralnie położo-
nego sworznia i tulei, między którymi znajdują się wąskie szczeliny;
- kanał podający paliwo, biegnący przez korpus i końcówkę aż do
komory 11;
- urządzenie umożliwiające odpowietrzenie wtryskiwacza, w które-
go skład wchodzi kanał w górnej części korpusu, zamknięty zaworem
kulowym 16, dociskanym do korpusu śrubą 20.
Przedstawiona budowa wtryskiwacza dotyczy jednego z możliwych
rozwiązań. W silnikach okrętowych spotykamy szereg różnych kon-
159
Rys.4.21. Przykład konstrukcyjnego rozwiązania wtryskiwacza
160
strukcji, w których istota działania pozostaje ta sama, natomiast w
szczegółach może wystąpić wiele różnic.
Ciśnienie otwarcia wtryskiwacza jest jednoznacznie określone w
instrukcji każdego silnika. W silnikach z nie dzieloną komorą spalania
wynosi ono zazwyczaj od 15 do 30 MPa. Zadaną wartość ciśnienia
ustala się na stanowisku prób, regulując napięcie sprężyny dociskającej
iglicę do gniazda. Po otwarciu wtryskiwacza ciśnienie paliwa wzrasta 2-3
razy. Maksymalne ciśnienie wtrysku zależy od prędkości tłoczka pompy
wtryskowej i - dla obciążeń znamionowych, w zależności od szybkobież-
ności silnika i konstrukcji układu wtryskowego - w silnikach okrętowych,
z wielootworowymi końcówkami wtryskiwaczy i nie dzieloną komorą
spalania może wynosić od 50 do 150 MPa. Ciśnienie to może obniżyć
się nawet trzykrotnie na obciążeniach częściowych silnika, kiedy
prędkość tłoczka pompy wtryskowej wydatnie spada. Pogarsza się
wówczas jakość rozpylania paliwa.
Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych
wtryskiwaczy silników okrętowych
Wtryskiwacz silnika wolnoobrotowego SULZER przedstawiono na
rysunku 4.22a). Cechy charakterystyczne tej konstrukcji to: wykonana w
całości końcówka wtryskiwacza 8, połączona, wraz z kołpakiem 7,
nakrętką 6 z korpusem; między kołpakiem 7 a końcówką 8 znajduje się
przestrzeń, do której dopływa woda chłodząca; trzon 3 mechanizmu
dociskającego iglicę znajduje się w tulei 5, która jest ogranicznikiem
ruchu iglicy; w korpusie wtryskiwacza i końcówce znajdują się kanały
doprowadzające i odprowadzające wodę chłodzącą 4, doprowadzające
paliwo 14, kanał odpowietrzający 11, odprowadzający paliwo pocho-
dzące z przecieków na wtryskiwaczu 2; kanał 11 zamykany jest
zaworem kulowym 12, dociskanym śrubą 13; kołek 9 pozwala na
prawidłowe wzajemne ustawienie korpusu względem końcówki, tak aby
poszczególne kanały łączyły się ze sobą; napięcie sprężyny reguluje się
przez zmianę grubości podkładki 1 pod śrubą regulacyjną 15.
Inną, nową konstrukcję wtryskiwacza firmy SULZER przedstawiono
na rysunku 4.22b). Aby wykluczyć możliwość przekoszenia osi i zdefor-
mowania elementów, korpus z końcówką łączy się za pomocą śrub 16,
a nie nakrętki. W tym rozwiązaniu nie przewidziano już charakterystycz-
nego kołpaka, który, wraz z zewnętrzną ścianką końcówki, tworzył
161
przestrzeń chłodzącą. Zrezygnowano ze wspomnianej koncepcji, po-
nieważ bardzo często w warunkach eksploatacyjnych pojawiały się w
tym węz
le nieszczelności i przecieki wody Przestrzeń chłodząca w
omawianym rozwiązaniu jest wykonana bezpośrednio w końcówce -
rozpylaczu. Rozpylacz 17, z otworami, wykonany jest w formie zdejmo-
wanej. Krawędzie wejściowe otworów rozpylających są zaokrąglone, co
wydatnie poprawiło organizację procesu wtrysku. Notuje się mniejsze
dławienie przepływu paliwa i utrzymanie w dłuższym czasie trwania
wtrysku stałości ciśnienia i długości strugi paliwa Zwiększono liczbę
otworków wtryskowych, zmniejszywszy ich średnicę Paliwo dociera
odpowiednimi kanałami do komory pierścieniowej i działając na większy
stożek iglicy wtryskiwacza, po pokonaniu oporu sprężyny, unosi ją.
Rys 4.22 Wtryshwacze silników SULZER: a) RD,b) RLB
162
Otwarcie kanału w kierunku otworów wtryskowych umożliwia realizację
procesu wtrysku. W momencie przerwania podawania paliwa przez
pompę, ciśnienie we wtryskiwaczu spada i sprężyna dociska iglicę do
gniazda.
Rys.4 23 Wtryskiwacze silników: a) B&W VT2BF, b) MAN-B&W KGF, L-MC
Na rysunku 4 23a) pokazano konstrukcję wtryskiwacza okrętowego
silnika B&W VT2BF. Rozpylacz 10 został zaprasowany w obudowie 11,
która jest docierana z dolną powierzchnią korpusu 8, stanowiącą
prowadnicę iglicy 7. Górna powierzchnia prowadnicy docierana jest z
głównym korpusem wtryskiwacza 1. Wymienione elementy są ze sobą
163
połączone sztywną, masywną nakrętką 9, tworząc jeden, hermetyczny
węzeł. Kołki ustalające 5 umożliwiają właściwy montaż wtryskiwacza, tak
aby właściwe kanały były wzajemnie połączone. Są to kanały chłodzące
12 i paliwowy 6. Rozpylacz łączy się z obudową 11 poprzez
zastosowanie połączenia  na gorąco". Znajdują się w nim najczęściej
dwa lub trzy otwory rozpylające o średnicy 0.95^1.05 mm. W celu
zwiększenia czasu niezawodnej pracy wtryskiwacza, górna część jego
iglicy 7 wykonana jest w postaci pogrubionej głowicy, a tuleja oporowa 4
ma większą średnicę. Tuleję tę zaprasowano w korpusie 1. Wznios iglicy
wynosi 1 mm. Większe wymiary górnej części iglicy pozwoliły również
na pogrubienie popychacza 3, przekazującego na iglicę nacisk od
sprężyny 2. Poprzez wspomniane zabiegi zwiększono żywotność tego
węzła wtryskiwacza. Wtryskiwacze omawianego typu są chłodzone pali-
wem podawanym z autonomicznego systemu.
Wprowadzanie nowych konstrukcji głowic stalowych z dobrze
rozmieszczonymi kanałami chłodzącymi, które docierają również do
obszaru osadzenia wtryskiwacza, pozwoliło firmom MAN - B&W i
SULZER zrezygnować ze specjalnego chłodzenia wtryskiwacza.
Ważnym problemem jest zapewnienie normalnej pracy wtryskiwa-
cza przy wysokich temperaturach paliwa (105-120�C). Rozwiązanie
tego zagadnienia zostało zaprezentowane na przykładzie wtryskiwacza
MAN - B&W pokazanego na rysunku 4.23b).
Paliwo do tego wtryskiwacza doprowadzane jest centralnym kana-
łem 14. Dzięki temu uzyskano symetryczny rozkład pola temperatur
oraz równe, robocze luzy w parze precyzyjnej (we wcześniejszych konstruk-
cjach, gdzie gorące paliwo i czynnik chłodzący podawane były z różnych
stron wtryskiwacza, powstawało niesymetryczne pole temperatur).
Końcówka wtryskiwacza składa się z rozpylacza 10, prowadnicy 8,
iglicy 7, i - znajdującego się we wnętrzu tej ostatniej - zaworu odcinają-
cego 17. Umieszczenie otworów rozpylacza tylko po jednej stronie
wynika z miejsca posadowienia wtryskiwacza w głowicy i w związku z
tym wymaga jednoznacznego ustalenia położenia rozpylacza 10. Służy
do tego kołek ustalający 5. Iglica 7 w górnej części ma kielichowy kształt
i przyjmuje nacisk od sprężyny 2 poprzez popychacz 13, w którego
wycięcie wchodzi głowica wstawki 15 z centralnym kanałem 14.
Wewnątrz kielichowego zakończenia iglicy znajduje się sprężyna 16
zaworu odcinającego 17 i węzeł połączenia kanału paliwowego we
wstawce 15 i zaworze 17. Dolne zgrubienie wstawki 15 ogranicza
164
wznios zaworu hk = 3.5 mm), a górne - wznios iglicy (hi=1.75 mm).
Wtryskiwacz ten zapewnia cyrkulację podgrzanego paliwa, gdy silnik nie
pracuje (np. w czasie przygotowywania do ruchu), a także w okresie
między kolejnymi wtryskami.
Gdy silnik nie pracuje, pompa podająca paliwo o ciśnieniu 0.6 MPa
tłoczy je do przewodu wysokiego ciśnienia i do kanału 14 wtryskiwacza.
Ponieważ sprężyna 16 zaworu odcinającego 17 wywiera nacisk 1 MPa,
to zawór nie podnosi się i paliwo przechodzi przez otwór 18 w kielichu
iglicy oraz dalej, w górę, powracając do zbiornika. W ten sposób układ
jest zawsze wypełniony paliwem o roboczej lepkości. Jest to bardzo
istotny czynnik zapewniający aparaturze wtryskowej niezawodną pracę.
W czasie pracy silnika ciśnienie paliwa jest tak wysokie, że w zasa-
dzie natychmiast zawór odcinający 17 unosi się i przelewowy zawór 18
zostaje zamknięty. Paliwo przechodzi dalej, po czym możliwe staje się
uniesienie iglicy wtryskiwacza. Kiedy po zakończeniu wtrysku ciśnienie
spadnie poniżej 1 MPa, wówczas sprężyna 16 opuści zawór 17 na
miejsce i paliwo ponownie może cyrkulować w opisany sposób.
Rozpatrywana konstrukcja wtryskiwacza wyróżnia się przede
wszystkim tym, że w dowolnych warunkach eksploatacyjnych możliwe
jest utrzymywanie całego układu wtryskowego w roboczych warunkach
temperaturowych. Jest to bardzo istotne z punktu widzenia zapewnienia
niezawodności tego układu.
Praktyka dowodzi, że w czasie dłuższych postojów, a także podczas
dłuższej pracy silnika z obciążeniami częściowymi paliwo na całej
długości magistrali paliwowej może stygnąć, co powoduje wzrost jego
lepkości. W takiej sytuacji, po uruchomieniu silnika lub w trakcie wcho-
dzenia na większe obciążenia ciśnienie wtrysku paliwa może znacznie
wzrastać, a obciążenia hydrauliczne w układzie wtryskowym mogą
osiągnąć wartości krytyczne. W rezultacie tego możliwe są uszkodzenia
pomp, na przykład w postaci pęknięć korpusów, ścianek przewodów
wysokiego ciśnienia, a także rozrywania ich w miejscach połączeń z
pompą i wtryskiwaczem.
Aparaturę wtryskową z chłodzonymi wtryskiwaczami poddawano
licznym zabiegom w celu wyeliminowania wymienionych problemów,
zmierzającym do podtrzymania odpowiednich warunków temperaturo-
wych. Wśród nich można wymienić m.in. odłączanie układu chłodzenia
wtryskiwacza i puszczanie zamiast tego pary, czy grzanie parą również
przewodów wysokiego ciśnienia. Wszystkie te zabiegi nie były jednak tak
165
efektywne, jak omówione rozwiązanie wtryskiwacza z symetrycznym
polem temperatur. Korzystnym rozwiązaniem jest również brak systemu
chłodzenia (najczęściej dwie pompy, zbiornik, rurociągi i ich armatura,
przyrządy kontrolno-pomiarowe, elementy automatyki). Są jednak i
wady omawianego rozwiązania. Konstrukcja przedstawiona na ry-
sunku 4.23b) jest bardzo złożona, wieloelementowa, z wieloma
miejscami wzajemnie docieranymi (dziewięć).
166
5. SYSTEMY SMAROWANIA
System smarowania spełnia kilka ważnych, ogólnych funkcji, do
których zaliczyć należy:
- podawanie odpowiedniej ilości oleju smarnego do poszczegól-
nych par trybologicznych i węzłów ciernych w celu ochrony ich po-
wierzchni przed zużyciem i korozją - działanie smarne i ochronne,
- odprowadzanie ciepła z powierzchni trących i od elementów -
działanie termoregulacyjne,
- odprowadzanie produktów zużycia i nagaru z powierzchni
trących - działanie myjące,
- oczyszczanie i chłodzenie oleju smarnego.
Od tego, czy system smarny odpowiadać będzie powyższym wyma-
ganiom zależy długotrwałość i niezawodność pracy silnika.
5.1. OBIEGOWY SYSTEM SMAROWANIA
Do smarowania łożysk ramowych, korbowych, łożysk wału rozrządu
i mechanizmów podwieszonych stosuje się obiegowy (cyrkulacyjny)
system smarny, pracujący pod ciśnieniem od 0.15 do 0.6 MPa.
Smarowanie tulei cylindrowych, w silnikach bezwodzikowych małej i
średniej mocy odbywa się zazwyczaj przez rozbryzgiwanie oleju wycieka-
jącego z łożysk. Trudno ten sposób uznać za optymalny. Olej dociera na
tuleję cylindrową zazwyczaj w nadmiarze i - na dodatek - zawiera pro-
dukty zużycia. Wpływa to więc niekorzystnie na stan elementów układu
tłokowo-cylindrowego. Dlatego też wiele silników średnioobrotowych
dużej mocy wyposaża się w lubrykatorowy system smarowania, okre-
ślany również jako kroplowo-przepływowy
Taki sposób smarowania jest typowy dla silników wodzikowych
Dławice trzonów tłokowych oddzielające poszczególne cylindry od kar-
teru, nie dopuszczają do niekorzystnego mieszania się przepracowanego
oleju cylindrowego z olejem w karterze. Tym samym wyklucza się
możliwość zanieczyszczenia oleju obiegowego produktami spalania i
kwasami powstającymi przy spalaniu paliw pozostałościowych złej
jakości.
167
W zależności od tego, gdzie gromadzi się zapas oleju obiegowego,
rozróżniamy systemy smarne z karterem  mokrym" i  suchym".
Na rysunku 5.1 pokazano schemat układu smarnego z karterem
 mokrym". Zbiornikiem oleju jest w tym przypadku dolna część karteru
(misa olejowa), z której olej pobierany jest przez pompę zębatą 7 i
tłoczony przez chłodnicę 2 i filtr 3 do kolektora zbiorczego 5 Z niego
jest rozprowadzany do wszystkich węzłów ciernych. Układ taki ma
zastosowanie w silnikach małej i średniej mocy z dużym zapasem oleju w
karterze. Na rysunku 5.1 pokazano szereg innych elementów typowych
dla omawianego układu, a w tym: sztucer 1, przez który olej dociera do
chłodzenia tłoka; zawór bezpieczeństwa 4; zawór regulacyjny 6 ciśnienia
w obiegu; filtr 8 na ssaniu pompy; rurociąg 9 doprowadzający olej do
smarowania napędu zaworów.
Układ smarny z karterem  mokrym" w zastosowaniu do silników
okrętowych uważa się za niezbyt bezpieczny. W razie znacznego
przegłębienia statku i podczas dużych przechyłów w czasie sztormu
możliwe jest całkowite odsłonięcie króćca ssącego i - co za tym idzie -
okresowe zrywanie, czy wręcz przerwanie podawania oleju. Dlatego też
zdecydowanie częściej spotyka się w siłowniach okrętowych silniki z
karterem  suchym".
W systemie z karterem  suchym" olej ściekający do karteru spływa
następnie do zbiornika lub jest do niego odprowadzany oddzielną
pompą. Objętość takiego zbiornika jest ściśle dobierana; w odniesieniu
do silników bezwodzikowych przyjmuje się następującą zasadę: nie mniej
niż litr oleju na każdy 0.736 kW mocy silnika. W silnikach, w których
olej chłodzi tłoki, do tych ostatnich może docierać nawet połowa jego
objętości. Olej jest poddawany dodatkowemu, niekorzystnemu działaniu
wysokiej temperatury, w związku z czym procesy starzenia mogą w nim
przebiegać znacznie szybciej. Wziąwszy to pod uwagę konstruktor za-
zwyczaj zwiększa wówczas objętość zbiornika oleju nawet trzykrotnie, w
porównaniu z poprzednio wspomnianą zasadą. W ten sposób rosną
akumulacyjne właściwości oleju i - tym samym - okres jego eksploatacji.
Ważną cechą obiegowego układu smarnego, od której w dużej
mierze zależy czas eksploatacji oleju, jest krotność cyrkulacji, rozumiana
jako liczba cykli roboczych wykonanych przez olej w czasie. W układach
z karterem  mokrym" krotność wymian może wynosić od 30 do 40 w
ciągu godziny, co wynika z małej ilości oleju w obiegu. W tych silnikach,
w których pojemność systemu jest bardzo duża, krotność wymian
168
RysJi.l. Schemat systemu smarnego silnika z karterem  mokrym"
169
zdecydowanie się obniża. W silnikach z tłokami chłodzonymi olejem
wynosi ona zazwyczaj 4-8 na godzinę, a gdy olej służy tylko do
smarowania - 3-6 na godzinę. Oczywiście, przy dużej krotności
cyrkulacji, olej nie zdąży odstać się w zbiorniku czy karterze, szybciej się
zanieczyszcza i starzeje.
W silnikach bezwodzikowych olej doprowadzany jest do łożysk
głównych. Dalej, zazwyczaj wierceniami w wale, dopływa do łożysk
korbowych i drążeniem w korbowodzie - do łożyska sworznia tłokowego.
Jak z tego wynika, najbardziej obciążone łożysko w tłoku otrzymuje olej
w ostatniej kolejności.
W silnikach wodzikowych, na
przykład SULZER typu RD, cyrkula-
cyjny system smarowania rozdziela
się na dwa obiegi o różnym ciśnie-
niu. Jego schemat pokazano na ry-
sunku 5.2. W obiegu niskociśnie-
niowym (p = 0.2 MPa) rurociągiem
5 doprowadza się olej do łożysk
głównych 3, łożysk wału rozrządu i
pomp paliwowych 1, łożysk wału
sterującego pracą zaworów obroto-
wych, a także do chłodzenia pro-
wadnic wodzików 2. W obiegu
średniociśnieniowym (p = 0.6 MPa)
rurociągiem 4 oraz przegubowymi
rurami 7 olej dopływa do smarowa-
nia łożysk korbowych i wodzików. Z
górnych łożysk korbowych olej do-
pływa wierceniem 6 w korbowodzie
do łożysk korbowych na wale.
Dzięki temu zabiegowi uniknię-
to wiercenia kanałów olejowych w
wale zmniejszając niebezpieczeń-
stwo jego uszkodzenia zmęczenio-
wego. Firma SULZER uważała rów-
nież, że to rozwiązanie umożliwia
lepsze smarowanie łożysk korbo-
Rys.5.2. Przepływ oleju smarnego
wych, w porównaniu z układem, w
w silniku SULZER RD
170
którym olej dociera od łożysk głównych. Wspomniany układ zasilany jest
jedną pompą olejową, a niższe ciśnienie w rurociągu 5 zapewnia zawór
redukcyjny. Olej wraca do dolnej części ramy fundamentowej i dalej, do
zbiornika obiegowego pod silnikiem, z którego zasysany jest przez
pompę.
Silniki MAN charakteryzują się
nieco innym układem smarnym. Jego
schemat pokazano na rysunku 5.3.
Ze wspólnego rurociągu 2 olej
dociera do łożysk głównych 3, na
chłodzenie prowadnic wodzików 1
oraz na smarowanie przekładni
zębatej napędu wału rozrządu i do
łożysk wału rozrządu. Wierceniami
w wale dopływa on do łożysk kor-
bowych 4 i wierceniem 5 w korbo-
wodzie płynie w górę. Tę fazę sma-
rowania bardziej szczegółowo poka-
zano na rysunku 5.4. Następnie
kanałem 3 w górnej części korbo-
wodu olej dociera do podwieszonej
na korbowodzie pompy olejowej 5.
Po jej stronie tłocznej panuje znacz- Rys.5.3. Przepływ oleju smarnego w
silniku MANKZ
nie wyższe ciśnienie - nawet do 6
MPa. Olej podawany jest wierce-
niami 2 na powierzchnię dolnych panewek 1. Wierceniami 4 i 6 do-
prowadza się olej do górnej panewki 8 i dalej wierceniami 7 dotrze do
smarowania łyżwy wodzika. Jak z powyższego opisu wynika, olej na
silnie obciążoną dolną panewkę 1 łożyska dopływa pod ciśnieniem 6
MPa, a na górną mniej obciążoną i do smarowania wodzika z ogólnej
magistrali olejowej obiegowego systemu smarnego. Ten rozdział -
różnica w smarowaniu dolnego i górnego wkładu łożyskowego możliwa
była dzięki zastosowaniu pompy podwieszonej i takie zasilanie łożyska
zwiększyło znacznie jego żywotność.
Wspomnianą pompę olejową podwieszoną na korbowodzie,
stosowaną w silnikach MAN pokazano na rysunku 5.5. Pompa
przymocowana jest do górnej części trzona korbowodu i pracuje dzięki
171
Rys.5.4. Schemat doprowadzenia oleju do łożysk wodzika w silniku MAN KZ
układowi dz
wigni (w tym elementy
2 i 7, które wymuszają posuwisto-
zwrotny ruch tłoka) wykorzystując
wahadłowy ruch korbowodu Każ-
da sekcja pompy składa się z nur-
nika 6, tulei 5 i głowicy 3, w której
osadzono zawór zwrotny 4 W górnej
części tulei 5 znajdują się otwory,
przez które dostaje się olej do
przestrzeni roboczej pompy. Dz
wig-
nia 2 umocowana jest przegubowo
do poprzecznicy wodzika, a dz
wignia
7 do korbowodu Przy wahadłowym
ruchu korbowodu dz
wignia 7 pracuje
wokół własnej osi i wymusza ruch
posuwisto-zwrotny tłoka pompy
Olej do chłodzenia tłoka dopro-
wadzany jest rurami 3 i 5 łączącymi
Rys.5.5. Konstrukcja pompy olejowej
się przegubowo (rys.5.6). Rura 5
podwieszonej na korbowodzie silnika
MAN KZ jednym końcem dochodzi do prze-
172
Rys 5 6 Układ przegubowych rur doprowadzających olej do chłodzenia tłoka
gubu 4 i za jego pośrednictwem łączy się z rurą 3 Ta doprowadza olej
do przegubu 2, który znajduje się na poprzecznicy wodzika Dalsza
droga oleju odbywa się już drążeniem w trzonie tłokowym
5.2. SMAROWANIE TULEI CYLINDROWYCH
W silnikach wolnoobrotowych wodzikowych i w wielu silnikach
średnioobrotowych dużej mocy do smarowania cylindrów stosuje się
oddzielny system - przepływowo-kroplowy (lubrykatorowy). Przyjęcie
takiego rozwiązania, a co za tym idzie, jednoznaczne rozgraniczenie
między smarowaniem elementów ruchowych i gładzi tulei cylin-
drowej pozwala na zastosowanie specjalnych olejów cylindrowych i
daje możliwość sterowania ilością oleju wpływającego na gładz
tulei
Olej na gładz
tulei podawany jest przez wielotłoczkową pompę smar-
ną - lubrykator. Poszczególne sekcje lubrykatora tłoczą olej do prze-
wodów, które doprowadzają go do punktów smarowania rozmiesz-
czonych na obwodzie tulei i zaopatrzonych w specjalne króćce smar-
ne (sztucery). Sztucery są jednocześnie zaworami zwrotnymi (1 na
rys.5.7), które zapobiegają przedostawaniu się spalin i powietrza do
przewodu tłoczącego olej. Liczba otworów smarowych na wybranej
wysokości tulei cylindrowej nie przekracza zazwyczaj dziesięciu (od 4
do 10) i jest to pewnym technicznym kompromisem, który pozwala
z jednej strony na możliwie równomierne obwodowe rozprowadze-
nie oleju, a z drugiej na efektywną regulację dawki oleju. Możliwości
regulacyjne znacznie maleją wraz ze wzrostem liczby punktów
smarowych. Z danych zawartych w publikacjach trybologicznych opisu-
jących problematykę lubrykatorowego smarowania gładzi tulei cylin-
drowej wynika, że dawka oleju przypadająca na każdy suw nurnika
lubrykatora jest bardzo mała. Dla przykładu, w silniku SULZER RD76
wynosi ona 0.195 g/suw nurnika. Jeżeli dodatkowo jeszcze wspom-
niana dawka dotrze na gładz
cylindra, rozdzielona nawet na kilka-
naście mniejszych porcji, to oczywiste jest, że liczba króćców smar-
nych nie może być zbyt duża. Podawanie oleju do cylindra silnika
określa bowiem nie bezpośrednio ruch nurnika lubrykatora, lecz
zmiany ciśnienia w cylindrze silnika.
174
Rys.5 7 Konstrukcja króćców smarnych - sztucerów
175
Proces podawania oleju jest więc często bardzo nierównomierny.
Ponieważ równomierność podawania oleju ma istotny wpływ na jego
zużycie i na zużywanie się par ciernych, aby tę równomierność uzyskać,
stosuje się akumulacyjne systemy lubrykatorowe. Ich istotnym elemen-
tem jest specjalny akumulator ciśnienia wbudowany pomiędzy praskę
smarną a króciec. W ten sposób lubrykator tłoczy olej do akumulatora, a
stamtąd, pod stałym ciśnieniem, do tulei.
Punkty doprowadzania oleju leżą zazwyczaj w jednej lub w dwóch
płaszczyznach na wysokości tulei. Osiowe usytuowanie punktów smaro-
wych zależy od zasady pracy silnika (dwusuw czy czterosuw); w silnikach
dwusuwowych - dodatkowo od sposobu płukania cylindra. Można po-
kusić się w tym miejscu o pewne uogólnienie i stwierdzić, że we wspom-
nianych silnikach dwusuwowych, z przepłukaniem poprzecznym, po-
przeczno-zwrotnym i zwrotnym olej dociera do górnej części cylindra
między piątym a szóstym pierścieniem w GMP tłoka. Jeżeli zastosowano
przepłukanie wzdłużne, to olej doprowadza się raczej do dolnych partii
tulei w płaszczyz
nie leżącej nad oknami dolotowymi. Oba wymienione
sposoby uznano za niewystarczające w odniesieniu do silników wolno-
obrotowych o bardzo dużej średnicy cylindrów i olej cylindrowy dopro-
wadza się w nich w dwóch płaszczyznach tulei - górnej i dolnej nad
oknami wymiany ładunku (np. SULZER RND90, FIAT 900S).
Sposób połączenia sztucerów z cylindrem pokazano na rysunku
5.7. Połączenie to powinno zapewniać całkowitą szczelność, tak aby w
czasie pracy silnika nie dochodziło do przenikania oleju do obszaru
chłodzenia, a w czasie postoju nie było przecieków wody do cylindra.
Sztucer pokazany na rysunku 5.7a) jest wkręcany w tuleję 4 i
swobodnie przechodzi przez blok cylindrowy 3. Dławica z pierścieniem
gumowym 2 zapewnia szczelność tego połączenia. Jednak w omawia-
nym rozwiązaniu gwintowe połączenie z tuleją nie zapewnia jedno-
znacznie takiej szczelności. Wady, o której mowa pozbawione jest
rozwiązanie pokazane na rysunku 5.7b). Sztucer jest wyposażony w
dodatkową rurkę 6, która dzięki kołnierzowemu zakończeniu została
przykręcona do bloku, a pierścienie gumowe 2 i 7 zapewniają szczel-
ność połączeń.
Lubrykatory są wielonurnikowymi pompami olejowymi. We wspól-
nym korpusie znajduje się najczęściej 10-12 sekcji tłoczących. Regulacja
wydajności odbywa się albo przez zastosowanie suwaków regulacyjnych,
albo przez zmianę efektywnego skoku nurnika.
176
Przykład jednego z rozwiązań konstrukcyjnych lubrykatora pokaza-
no na rysunku 5.8. Składa się on z korpusu 7, w którym umieszczono
10 sekcji tłoczących. Otrzymują one napęd od krzywek 9 osadzonych na
wspólnym wałku 8. Wałek ten
obraca się, pobierając napęd
od wału pomp wtryskowych.
Nurniki 6 zasysają olej z
korpusu, który stanowi jedno-
cześnie zbiornik oleju, przez
kulowe zawory ssące 5. Tło-
czą go przez górne zawory
kulowe 3 do przezroczystej,
rotametrycznej rurki 2, w
której wnętrzu znajduje się
metalowa kulka W czasie wy-
tłaczania oleju pod ciśnie-
niem, kulka unosi się w górę,
co daje prostą, wzrokową
możliwość kontroli pracy ukła-
du. Regulacja wydajności od-
bywa się przez zmianę skoku
tłoka. Zazwyczaj wynosi on
około 2 mm, ale może wzros-
nąć do 6 mm. Zmiany wy-
dajności wszystkich sekcji do-
konuje się przez obrót mimo-
środowej osi 10, natomiast
Rys 5.8 Lubrykator
indywidualna regulacja odby-
wa się przez wkręcanie lub wykręcanie śrub 1. Zarówno obrót osi 10,
jak i śruby 1 powoduje ograniczenie ruchu dolnej części dz
wigni i - tym
samym - skoku tłoczków. Olej jest wlewany do lubrykatora od góry przez
filtr. Do odpowietrzania służy śruba 4, a lubrykator napędzany jest wtedy
ręcznie za pomocą korbki.
177
6. SYSTEM CHA
ODZENIA
System chłodzenia służy odprowadzaniu ciepła od: elementów
silnika, oleju i powietrza doładowującego.
We współczesnych siłowniach okrętowych czynnikami chłodzącymi
są woda słodka i morska, olej oraz paliwo.
Woda słodka, cyrkulując w obiegu zamkniętym, może chłodzić
wszystkie nagrzewające się na skutek zetknięcia z gorącymi gazami,
elementy silnika: tuleje cylindrowe, głowice, denka tłoków, końcówki
wtryskiwaczy, korpusy turbin turbosprężarek i kolektory wylotowe.
Woda zaburtowa chłodzi w wymiennikach ciepła wodę słodką, olej i
powietarze doładowujące.
W niektórych silnikach denka tłoków chłodzone są olejem, a wtrys-
kiwacze - paliwem. Ilość ciepła odprowadzanego przez system chłodze-
nia wynosi od 15-35% całej ilości ciepła wydzielającego się podczas
spalania paliwa.
6.1. CHA
ODZENIE TULEI CYLINDROWYCH I GA
OWIC
Woda doprowadzana jest do dolnej części przestrzeni chłodzącej,
utworzonej między tuleją a blokiem. Idąc w górę, odbiera się ciepło od
tulei, po czym dociera do głowicy w celu jej schłodzenia, a następnie
opuszcza silnik. Średnia prędkość wody w przestrzeniach chłodzących
wynosi od 0.5 do 1.5 m/s. W tych częściach przestrzeni chłodzących, w
których celowa jest intensyfikacja chłodzenia, zwiększa się prędkość
wody przez zmniejszenie przekroju czynnego Ciśnienie wody w obiegu
musi być na tyle wysokie, aby możliwe było pokonanie wszystkich
oporów przepływu, a nadciśnienie nie pozwalało na tworzenie się
poduszek parowych i powietrznych, które mogłyby skutecznie zakłócać
proces chłodzenia. Dlatego też najczęściej ciśnienie wynosi od 0.05 do
0.28 MPa. Temperatura wody na dolocie do silnika utrzymywana jest
na poziomie 50-60�C, na dolocie wynosi ona 60-70�C i więcej.
Na rysunku 6.1 pokazano fragment układu chłodzenia silnika MAN.
Konstruktor przewidział możliwość wizualnej kontroli przepływu wody i
odpowietrzania układu. Woda jest doprowadzana do silnika za pośred-
178
nictwem zbiorczego kolektora rozprowadzającego 5, z którego wpływa
na każdy z cylindrów, do przestrzeni wodnej utworzonej między blokiem,
Rys.6.1. Układ chłodzenia tulei cylindrowych i głowic silnika MAN
a tuleją. Wspomniana przestrzeń jest dodatkowo podzielona, ponieważ
zewnętrzna powierzchnia tulei została ożebrowana. Woda przechodzi w
górę, a następnie rurą 3 dociera do głowicy, w której spiralne kanały
ukierunkowują przepływ najpierw ku środkowi. Po schłodzeniu głowic
woda dopływa do zbiorczego kolektora odlotowego 13. Ważną cechą
tego rozwiązania jest chłodzenie obszaru okien wymiany ładunku. Woda
przepływa kanałami wykonanymi w tulei, w przerwach między kolejnymi
oknami. Szczegół ten pokazuje na rysunku przekrój A-A (analizowane
rozwiązanie zostało również omówione w rozdziale 1). Kanałami 14
woda spływa w dół do obwodowego, pierścieniowego kanału 11 i rurą 10
dopływa do lejka ściekowego 7. Rury 2 i 4 służą do odprowadzania
powietrza i pary z górnej części bloku oraz głowicy. Woda w systemie
179
chłodzenia wtryskiwaczy dociera do nich za pośrednictwem filtra 1, a po
schłodzeniu spływa do lejka 9 Zawory 6 i 12 pozwalają na odcięcie
wody przed rozpoczęciem prac remontowych
6.2. CHA
ODZENIE TA
OKÓW
Denka tłoków mogą być chłodzone olejem lub wodą W skład olejo-
wego systemu chłodzenia wchodzą te same elementy, co w obiegowym
systemie smarnym. Jeżeli tłoki chłodzone są wodą, to wówczas naj-
częściej jest to system autonomiczny, z zamkniętym obiegiem wody.
Oddzielenie układu chłodzenia tłoków od systemu chłodzenia cylindrów i
głowic wynika z dużych różnic temperaturowych oraz możliwości zanie-
czyszczenia wody olejem z powierzchni rur teleskopowych. Woda chło-
dząca tłoki zawsze jest doprowadzana wspomnianymi rurami, z tą róż-
nicą, że raz ruchome rury teleskopowe związane są z tłokiem, a innym
razem - z wodzikiem i wówczas woda dopływa do tłoka drążeniami w
trzonie tłokowym. Masa wody wypełniającej denko tłoka, trzon i rucho-
me rury teleskopowe zakłóca ruch posuwisto-zwrotny Pochodzące od
tej masy wody siły bezwładności mogą powodować, że przy ruchu tłoka
w górę dojdzie do zrywania ciągłości strugi, a po zmianie kierunku ruchu
wystąpią silne uderzenia hydrauliczne i - wraz z nimi - wzrost ciśnienia
nawet do 1.5-1 8 MPa. Jest to bardzo niebezpieczny moment, wów-
czas bowiem najczęściej dochodzi do uszkodzenia dławic uszczelnia-
jących, a w skrajnej sytuacji nawet do pękania rur Niektórzy wytwórcy,
na przykład firma MAN stosują amortyzatory powietrzne, aby ogra-
niczyć opisane negatywne skutki uderzeń hydraulicznych
Przykład rur teleskopowych stosowanych w silniku MAN typu KZ
pokazano na rysunku 6.2. Wspornik 5 umocowany do wodzika pod-
trzymuje dwie pionowe rury 6. Jedna z nich doprowadza wodę chło-
dzącą do tłoka, a druga ją odprowadza. Z wymienionymi rurami łączą
się dwie rury poziome 1 i 2, które przez kołnierze 4 są połączone z
trzonem, a opaskami 3 - ze wspornikiem 5 Ruchome rury 6 wchodzą
do komór 7, które znajdują się w karterze. Dławice 8 zapewniają szczel-
ność układu Aby zmniejszyć wahania ciśnienia, o których była mowa
wyżej, w komorze 7 znajduje się specjalna przestrzeń powietrzna A, do
której sprężarka o bardzo małej wydajności, napędzana od wału
180
Rys.6.2. Rury teleskopowe podające wodę do chłodzenia tłoków
181
korbowego, tłoczy powietrze przez zawór zwrotny 9. Rurką 10 po-
wietrze dociera do komory rury powrotnej. Kołnierze 11 i 12 są
miejscem połączenia rur wodnych z komorami powietrznymi Wspom-
niane dławice 8 zabezpieczają przed wyciekiem wody z komór 7 i
zbierają olej z rur, tak aby nie zanieczyszczał on systemu chłodzenia.
6.3. CHA
ODZENIE WTRYSKIWACZY
Wtryskiwacze chłodzone wodą mają odrębny, zamknięty układ
chłodzenia. Jego autonomiczność wynika z faktu, że przy próbie podłą-
czenia wtryskiwaczy do innego systemu wzrosłoby prawdopodobieństwo
zanieczyszczenia szlamem przestrzeni chłodzącej. Z drugiej strony, w
układzie chłodzenia wtryskiwaczy wodą, temperatura i ciśnienie są
wyższe aniżeli w innych systemach wodnych.
Woda na dolocie do wtryskiwacza ma zazwyczaj temperaturę około
60�C, a ciśnienie wynosi 0.2-0.3 MPa
Czynnik chłodzący stanowi często paliwo. Wówczas również mamy
do czynienia z obiegiem zamkniętym, w którym paliwo pobierane jest
zazwyczaj przez pompę ze zbiornika cyrkulacyjnego i tłoczone do prze-
strzeni chłodzących wtryskiwaczy, a następnie, po przejściu przez chłod-
nicę, wraca do zbiornika. W chłodnicy ciepło przekazywane jest do
wody. Temperatura paliwa na dolocie do wtryskiwacza wynosi naj-
częściej około 50�C
Jeżeli silnik zasilany jest paliwem lekkim, to wówczas wspomniane
paliwo stanowi jednocześnie czynnik chłodzący. Pompa podająca paliwo
tłoczy je do wtryskiwaczy, po czym dopływa ono na zasilanie pomp
wtryskowych.
182
7. SYSTEM ROZRUCHOWY I NAWROTNY
7.1. SYSTEM ROZRUCHOWY
Ciśnienie powietrza podawanego do silnika w celu dokonania jego
rozruchu wynosi około 3 MPa Jest to więc maksymalne ciśnienie panu-
jące w zbiornikach sprężonego powietrza. Jeżeli w wyjątkowych sytua-
cjach stosowane jest ciśnienie niższe, wówczas za zbiornikiem znajduje
się reduktor ciśnienia Na przykład w niektórych siłowniach okrętowych
agregaty prądotwórcze wyposażane były w silniki trzycylindrowe A25
Wówczas rozruch odbywał się z użyciem sprężonego powietrza o ciśnie-
niu 1.5-1.8 MPa zasilającego urządzenie  Start-Marine" - siłownik
pneumatyczny.
Rozruch silnika odbywa się wówczas, gdy tłok w danym cylindrze
znajduje się w położeniu odpowiadającym początkowej fazie suwu
rozprężania (tuż za GMP). W tym momencie przez specjalny zawór roz-
ruchowy zostaje do cylindra doprowadzone sprężone powietrze. Dzia-
łając na tłok, zmusza go do ruchu w kierunku.DMP, a wał korbowy - do
obrotu. W trakcie rozruchu powietrze podawane jest kolejno do wszyst-
kich cylindrów zgodnie z kolejnością zapłonów. Rozróżnia się dwa
podstawowe, pneumatyczne systemy rozruchowe z zaworami roz-
ruchowymi:
1) automatycznymi,
2) sterowanymi pneumatycznie.
Rys 7.1. Schemat układu rozruchowego silnika okrętowego z pneumatycznie
sterowanymi zaworami rozruchowymi
183
W systemie z pneumatycznie sterowanymi zaworami rozruchowymi
(rys.7.1) sprężone powietrze doprowadza się do głównego zaworu
manewrowego (rozruchowego) 3 i - rurociągiem 4 - jednocześnie do
wszystkich zaworów rozruchowych 5. Zawory te pozostają jednak w
pozycji zamkniętej dopóty, dopóki tłok danego cylindra nie znajdzie się
w odpowiedniej dla rozruchu pozycji. Wówczas rozdzielacz powietrza 1,
który jest w tym układzie elementem rozrządu, poda powietrze sterujące,
dopływające do niego rurociągiem 2, na dany zawór rozruchowy,
powodując jego otwarcie. Powietrze robocze dociera do cylindra,
zmuszając tłok do ruchu w kierunku DMP
W silnikach okrętowych powietrze rozruchowe może docierać do
cylindra wraz z paliwem lub też na czas rozruchu aparatura wtryskowa
jest odłączona.
Minimalna liczba cylindrów w silniku, niezbędna do rozruchu w
dowolnym położeniu wału korbowego wynosi dla czterosuwów i = 6 i
mi n
dla dwusuwów i = 4.
mi n
7.2. PODSTAWOWE ELEMENTY
UKA
ADU ROZRUCHOWEGO
7.2.1. Główny zawór manewrowy (rozruchowy)
Główny zawór manewrowy służy do wielokrotnego podawania
sprężonego powietrza do silnika podczas manewrów i opróżniania
(odciążania) układu rozruchowego po dokonanym rozruchu
Na rysunku 7.2a) pokazano główny zawór rozruchowy silnika B&W.
Składa się on z zaworu grzybkowego 3, pomocniczego odciążającego
zaworu 4 i tłoka sterującgo 2, który jest obciążony sprężyną 1. Sprężone
powietrze ze zbiornika dociera do komory ,.B" zaworu i - jednocześnie,
przez zawór sterujący na pulpicie sterowniczym - do komory  A"- Zawór
pozostaje w pozycji zamkniętej, a kolektor powietrza rozruchowego jest
opróżniany, ponieważ zawór odciążający 4 pozostaje otwarty i łączy
kolektor z atmosferą. Po przestawieniu dz
wigni na pulpicie sterowania
do pozycji  rozruch" dokonuje się połączenia przestrzeni  A" głównego
zaworu manewrowego z atmosferą. Następuje otwarcie zaworu 3 i
jednoczesne zamknięcie 4. Sprężone powietrze dociera do wszystkich
zaworów rozruchowych na poszczególnych cylindrach.
184
Na rysunku 7.2b) pokazano przekrój głównego zaworu rozrucho-
wego w wykonaniu firmy SULZER. W tej konstrukcji nie ma tłoka
sterującego. Sprężone powietrze ze zbiornika dopływa do komory  A"
zaworu i przez małe otwory na obwodzie drążonego tłoka-zaworu 1,
dociera do jego wnętrza i dalej, do komory  B"- Tłok-zawór pozostaje w
pozycji zamkniętej dzięki działającemu od środka ciśnieniu sprężonego
powietarza i naciskowi sprężyny 3. Po zmianie położenia dz
wigni
rozruchowej z pozycji  stop" w położenie  rozruch" zawór sterujący
zostaje przestawiony do pozycji, w której powietrze sprężone dopływa
pod tłoczek 5 zaworu odciążającego 4, powodując otwarcie tego ostat-
niego i wylot powietrza z wnętrza tłoka 1 do atmosfery. Powietrze
wypełniające przestrzeń  A", działając na dużą powierzchnię 2 tłoka,
otwiera go i umożliwa przez to dolot powietrza do poszczególnych
Rys.7.2. Główne zawory rozruchowe silników a) B&W, b) SULZER
185
zaworów rozruchowych. Po zakończeniu rozruchu powietrze spod tłoka 5
wypływa do atmosfery. Zawór 4 zamyka się. Rośnie ciśnienie w komo-
rze  B" i tłok-zawór 1 zamyka się, odcinając dolot powietrza do silnika.
W sytuacji awaryjnej możliwe jest ręczne otwarcie i zamknięcie zaworu
przez gwintowany trzon 6 zakończony pokrętłem.
7.2.2 Rozdzielacze powietrza
Rozdzielacze powietrza służą do sterowania momentem otwarcia i
zamknięcia zaworów rozruchowych zgodnie z kolejnością zapłonów w
poszczególnych cylindrach. Roz-
różnia się rozdzielacze zaworowe,
suwakowe i tarczowe.
Rozdzielacz suwakowy z rzę-
dowym położeniem suwaków roz-
dzielających w wykonaniu firmy
B&W pokazano na rysunku 7.3.
Po otwarciu głównego za-
woru manewrowego powietrze
dociera do rozdzielacza i wypeł-
nia komorę  A"- Z uwagi na
różnicę powierzchni elementów
2 i 3 suwak dociskany jest ci-
śnieniem powietrza do profilo-
wanej rolki 4. Jeżeli suwak
znajduje się w jej zagłębieniu, to
wówczas komora  A" łączy się z
 C" i powietrze sprężone dopły-
do właściwego zaworu roz-
nie
ruchowego z zadaniem jego
otwarcia. Jeżeli główny zawór
Rys. 7.3.Rozdzielacz powietrza silnika B&W
rozruchowy zostanie zamknięty,
sprężyna 1 spowoduje podniesienie suwaka w górę, poza obrys rolki.
Jednocześnie nowe położenie suwaka pozwala na połączenie przestrzeni
 C" z  B", która łączy się z atmosferą. Następuje więc odpowietrzenie
(odciążenie) rurociągów. Podczas zmiany kierunku obrotów w silnikach
nawrotnych pracą rozdzielacza steruje inna profilowana rolka, która
186
znajdzie się w zasięgu rozdzielacza po osiowym przesunięciu walka
rozrządu, na którym rolki się znajdują.
7.2.3. Zawory rozruchowe
Zawory rozruchowe służą do podawania sprężonego powietrza do
cylindrów podczas rozruchu silnika.
Na rysunku 7.4a) pokazano przekrój zaworu rozruchowego silnika
B&W. Składa się on z trzonu zaworu 6 i grzybka 8. Zawór wyposażony
jest w dodatkowe krawędzie (żebra) prowadzące 7 oraz tłoczek z kra-
wędziami uszczelniającymi 5. Powyżej nich znajduje się sprężyna 4, do-
ciskająca zawór do gniazda, i tłok sterujący 3. Powietrze z głównego
zaworu manewrowego dociera do zaworu rozruchowego, wypełniając
całą przestrzeń między  tłoczkiem" uszczelniającym 5 i grzybkiem 8.
Sprężone powietrze z rozdzielacza zostaje podane na tłok sterujący 3 i
wówczas zawór otwiera się. Do smarowania zaworu służą smarownice 1
(towotnica) i 2 (olejowa).
Na rysunku 7.4b) pokazano zawór rozruchowy w wykonaniu firmy
MAN. Składa się on z korpusu 3 i trzona zaworu 4 zakończonego u dołu
grzybkiem. Zawór dociska do gniazda sprężyna 2. W górnej części trzon
zakończony jest tłokiem sterującym 1. Sprężone powietrze z głównego
zaworu manewrowego wpływa do zaworu rozruchowego przewodem  B",
a z rozdzielacza powietrza nad tłok sterujący 1 - przewodem  A".
Na rysunku 7.4c) pokazano zawór rozruchowy w wykonaniu firmy
SULZER i jest to tzw. zawór pneumatycznie dwustronnie sterowany, a
więc otwierany i zamykany sprężonym powietrzem. Składa się on z
korpusu, trzonu 6, grzybka 7, tłoczka uszczelniającego 5 i tłoczków
sterujących 4 i 3 oraz pomocniczej sprężyny 1. Tłok sterujący 3 jest
stopniowany. W celu otwarcia zaworu powietrze sterujące podawane
jest z rozdzielacza do komory  A". W tym samym czasie rozdzielacz
powietrza łączy przestrzeń nad tłokiem z atmosferą. Powietrze sterujące
działa w początkowej fazie otwierania zaworu na mniejszą powierzchnię
stopniowanego tłoka 3. Zawór zacznie się otwierać tylko wówczas, gdy
ciśnienie powietrza sterującego jest nieco wyższe od panującego w
cylindrze. Stanowi to zabezpieczenie przed możliwością przedostawania
się płomieni z cylindra do zaworu i kolektorów powietrznych. Jest ono
187
a)
b)
Rys.7.4. Zawory rozruchowe silników: a) B&W; b) MAN, c) SULZER
188
bardzo istotne w tak zwanym nierozłącznym układzie rozruchowym, to
jest takim, w którym aparatury wtryskowej nie wyłącza się z pracy na
czas rozruchu.
Kiedy tłok sterujący 3 przesunie się nieco w dół, sprężone powie-
trze, dzięki wyfrezowaniom 2, działa już na całą powierzchnię tłoka i
zawór bardzo sprawnie, szybko się otwiera Aby go zamknąć, rozdzie-
lacz podaje powietrze do komory ,.C", a jednocześnie odpowietrza
komory  A" i  B", łącząc je z atmosferą Zawór zaczyna zamykać się
pod działaniem powietrza na tłok 3. W końcowej fazie tłoczek 4 odcina
dostęp powietrza do komory  C" i ta ostatnia faza zamykania polega na
działaniu sprężonego powietrza na mniejszą powierzchnię tłoczka 4.
Jednocześnie część tłoczka 3 o mniejszym przekroju zasłania połączenie
komory  B" z atmosferą. Pozostałe tam powietrze przechodzi kanałami
 K" do komory  C" i pełni rolę pneumatycznej poduszki hamującej
Dzięki temu końcowa faza osiadania zaworu na gniez
dzie jest bardzo
łagodna i miękka
7.3. SYSTEMY NAWROTNE
System nawrotny służy do zmiany kierunku obrotu wału korbowego
wolno- i średnioobrotowych silników okrętowych Niezależnie od zasady
pracy i przyjętego konstrukcyjnego rozwiązania urządzenia nawrotne
silnika powinny zapewniać prawidłową kolejność i zmianę faz rozrządu
organów rozruchowych, zaworów, aparatury wtryskowej, a także zmia-
nę kierunku obrotów mechanizmów podwieszonych wspomagających
pracę silnika.
Konieczność zmiany faz rozrządu, przy zmianie kierunku obrotów,
wynika z kilku powodów. Jeżeli przyjąć, że wykorbienia wału korbowego
sześciocylindrowego silnika znalazły się w położeniu pokazanym na
rysunku 7.5a), to podczas rozruchu silnika w kierunku  naprzód" należy
podać powietrze najpierw do cylindra piątego Oznacza to, że tarcza w
rozdzielaczu tarczowym lub krzywka napędzająca w rozdzielaczach
innego typu (ułożonych w gwiazdę), powinny się znajdować w położeniu,
w którym powietrze, po otwarciu głównego zaworu manewrowego,
dotrze do zaworu rozruchowego na piątym cylindrze (rys.7.5b)).
Należy również zauważyć, że tarcza bądz
krzywka obracają się
przeciwnie do kierunku wskazówek zegara Podczas rozruchu silnika
189
 wstecz", z tego samego położenia, powietrze sprężone powinno być
podawane w pierwszej kolejności do cylindra czwartego. Dlatego też
element rozdzielaczy rozdzielacza powietrza (tarczę czy krzywkę) należy
przestawić w położenie, jak pokazano na rysunku 7.5c). W tej sytuacji
będą się one obracały zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara
Rys.7.5. Realizacja nawrotności w rozdzielaczu powietrza, położenie, a) korb
silnika sześciocylindrowego; b) rozdzielacza do jazdy  naprzód"; c) rozdzielacza
do jazdy  wstecz "
Oczywiście, kiedy rozdzielacze powietrza ułożone są rzędowo,
wówczas na wałku rozrządu sterującym ich pracą muszą się znajdować
pary krzywek i - przy zmianie kierunku obrotów - wał będzie się prze-
suwał, aby właściwe krzywki współpracowały z rozdzielaczami.
Załóżmy również, że w silniku czterosuwowym pracującym  na-
przód" w jednym z cylindrów zakończył się proces rozprężania i tłok
znajduje się w DMP. Ponie-
a)
waż zawór wylotowy otwie-
ra się przed DMP, to w
rozpatrywanej sytuacji część
profilowana krzywki 3 we-
szła już w przypór z rolką
1 popychacza zaworu wy-
lotowego (7.6a)) i będzie
Rys.7.6 Osiąganie nawrotności silnika dla
on już otwarty o wartość 
krzywek zaworowych i paliwowych: zaworu
h". Jeżeli z tego właśnie
wylotowego; pompy wtryskowej
położenia wał silnika miał-
by zmienić kierunek obrotu, to proces wylotu będzie przebiegał niezale-
żnie od kierunku prędkości obrotowej, a co za tym idzie, w dalszym
ciągu powinien otwierać się zawór wylotowy Jednakże gdy kierunek
obrotów wału korbowego, a więc i wału rozrządu, jest przeciwny,
190
krzywka 3 już nie może wpływać na dalsze otwieranie się zaworu.
Potrzebna jest druga krzywka 2, położona jak lustrzane odbicie krzywki
3. W tej sytuacji, aby realizacja jazdy  naprzód" i  wstecz" była możliwa,
potrzebne są po dwie krzywki dla każdego zaworu.
Podawanie paliwa do cylindra zaczyna się przed GMP i kończy w
GMP lub tuż po osiągnięciu przez tłok górnego, martwego położenia.
Gdy tłok silnika znajduje się w GMP, tłok pompy wtryskowej wykonuje
jeszcze suw tłoczenia i krzywka paliwowa powinna być umieszczona na
wale rozrządu z przesunięciem (opóz
nieniem) względem korbowodu o
kąt (rys.7.6b)). Punkty PP i KP na profilu krzywki odpowiadają po-
czątkowi i końcowi podawania paliwa, a ich położenie zależy od spo-
sobu regulacji pompy wtryskowej i dawki paliwa na cykl. Przy rewerso-
waniu silnika roboczy odcinek krzywki zawarty między punktami PP i
KP znajduje się teraz po przeciwnej stronie jej profilu. Dlatego wał
rozrządu należy obrócić o kąt 2 jeżeli krzywka ma symetryczny profil
lub przesunąć wał posiowo, tak aby rozpoczęła współpracę z pompą
wtryskową krzywka do ruchu  wstecz".
191
LITERATURA
1 DAWYDOW G A , OWSIANNIKOW M.K, Temperaturnyje naprażenija w
detalach sudowych dizelej, Sudostrojenije, Moskwa 1969
2 KAMKIN S.W., WOZNICKIJ I.W, SZMIELOW W P , Ekspłuatacja sudowych
dizjehej, Transport, Moskwa
3 KOZACZEWSKI W., Konstrukcja założeń tłok-cylinder silników spalinowych,
WKiA
, Warszawa 1979
4 NIEWIAROWSKI K., Tłokowe silniki spalinowe, WKiA
, Warszawa 1983
5 PIOTROWSKI I , Okrętowe silniki spalinowe. Zasady budowy i działania, Wy-
dawnictwo Morskie, Gdańsk 1983
6 Prospekty firmy B&W
7 Prospekty firmy SULZER
8. WAJAND J.A., Silniki o zapłonie samoczynnym, WNT, Warszawa 1980
9 WOZNICKIJ I.W., MICHIEJEW J G , Sudowyje dizieli i ich ekspłuatacja, Tran-
sport, Moskwa 1990
192


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
budowa i działanie układów rozrządu silników spalinowych
Wykład Tłokowe silniki spalinowe
Silnik spalinowy
Ciekawe rozwiązania silników spalinowych
0 Silniki spalinowe
silniki spalinowe druk1
SILNIKI SPALINOWE
silniki spalinowe odp
DWUTLENOWY SILNIK SPALINOWY INSTRUKCJA OBSŁUGI
DWUTLENOWY SILNIK SPALINOWY INSTRUKCJA OBSŁUGI
2 Układy strukturalne silników spalinowych

więcej podobnych podstron