Kadłuby i głowice silników chłodzonych cieczą

W silnikach chłodzonych cieczą blok cylindrowy tworzy całość z górną częścią skrzyni korbowej.

Ze względu na sposób wykonania tulei cylindrowych kadłuby można podzielić na trzy grupy:

• odlany wraz z tulejami cylindrowymi (rys. 6.l0a),

• ze wstawianymi tzw. suchymi tulejami cylindrowymi (rys. 6.lOb),

• ze wstawianymi tzw. mokrymi tulejami cylindrowymi (rys. 6.lOc).

Zastosowanie kadłuba odlanego z tulejami cylindrowymi umożliwia uzys­kanie: minimalnych wymiarów zewnętrznych silnika, konstrukcji o dużej sztywno­ści oraz dobrych warunków chłodzenia cylindrów. Najpoważniejszą wadą tego rozwiązania jest konieczność stosowania na cały kadłub materiału wysokiej jakości, który jest wymagany na tuleje cylindrowe, co zwiększa koszt konstrukcji oraz utrudnia odlewanie ze względu na własności lejne materiału.

Rozwiązanie z suchymi tulejami cylindrowymi charakteryzuje się tym, że wciskana w otwór cylindra tuleja cylindrowa nie styka się bezpośrednio z cieczą chłodzącą silnik. Ten typ tulei umożliwia odlanie całego kadłuba z gorszego materiału, a zastosowanie materiału o wysokiej jakości (żeliwo stopowe) jest konieczne tylko na tuleje cylindrowe. Sucha tuleja ma grubość na tyle małą, na ile pozwalają warunki prawidłowego wciśnięcia jej w kadłub i wynosi zwykle 2÷4 mm. Aby zapewnić odpowiednie przyleganie tulei w kadłubie silnika, ze­wnętrzną jej powierzchnię szlifuje się, a gniazdo w kadłubie poddaje gładzeniu.

Suche tuleje cylindrowe są bazowane w kadłubie za pomocą górnego kołnierza lub za pomocą pierścienia zabezpieczającego przed wyrwaniem tulei w razie zatarcia tłoka (rys. 6.11). Suche tuleje nadają się najlepiej do kadłubów żeliwnych, a w przypadku kadłubów ze stopów lekkich - ze względu na duży współczynnik rozszerzalności cieplnej stopów aluminium - należy stosować specjalne metody osadzania tulei. Stosowany duży wcisk jest dobierany na podstawie pomiarów temperatury tulei i kadłuba, tak aby po rozgrzaniu się silnika w wyniku różnej rozszerzalności cieplnej tulei i kadłuba elementy te dokładnie do siebie przylegały. Podstawową wadą tulei suchych są gorsze warunki chłodzenia niż tulei mokrych.

Mokra tuleja cylindrowa powierzchnią zewnętrzną pozostaje w bezpośred­nim kontakcie z cieczą chłodzącą silnik. Dzięki temu wymiana ciepła między cieczą a gładzią cylindrową jest łatwiejsza niż w przypadku tulei suchej. Za­stosowanie tulei mokrych znacznie upraszcza proces wytwarzania kadłuba. Tuleje mokre są obrabiane na gotowo i po osadzeniu w kadłubie nie wymagają żadnej obróbki. Osadzenie tulei oraz jej demontaż są znacznie łatwiejsze niż w przypadku tulei suchych. Korzyści ze stosowania mokrych tulei cylindrowych spowodowały, że znalazły one szerokie zastosowanie w budowie silników. Tuleje cylindrowe wykonuje się z żeliwa perlitycznego lub żeliwa stopowego.

Są stosowane dwa podstawowe sposoby mocowania mokrych tulei w kadłubie silnika: z mocowaniem górnym i dolnym.

Przedstawione na rysunku 6.12a m o c o w a n i e g ó r n e polega na tym, że tuleja ma w górnej części kołnierz, za pomocą którego jest osadzona w gnieździe kadłuba. Uszczelnienie górnej części tulei uzyskuje się przez ścisłe przyleganie jej kołnierza do dokładnie płaskiej powierzchni wytoczenia w kadłubie. W celu uzyskania wymaganego docisku osiowego tulei do powierzchni uszczelniającej w kadłubie, kołnierz tulei wystaje zwykle 0,06÷0,2 mm ponad górną płytę kadłuba. Dolną część tulei uszczelnia się za pomocą dwóch lub trzech pierścieni z gumy syntetycznej odpornej na działanie oleju i wysokich temperatur. Pierścień gumowy ma średnicę wewnętrzną nieco mniejszą od średnicy dna rowka w tulei, aby był dokładnie napięty. Przed założeniem tulei pierścień wystaje 0,5÷1,0 mm.

Po wstawieniu tulei pierścień ulega odkształceniu i dzięki temu przylega szczelnie do kadłuba. Zamocowanie tulei w górnej części powoduje, że ma ona swobodę wydłużania cieplnego przesuwając się dolną częścią do skrzyni korbowej. Nie występują w niej niepożądane odkształcenia na skutek ściskania. Wadą tych tulei jest duża nie chłodzona strefa w górnej części tulei, co zmusza do przesunięcia na tłoku pierwszego pierścienia w dół (pierścień powinien znajdować się przy GMP w strefie chłodzonego cylindra). Przesunięcie pierścienia powoduje, że tłok staje się wyższy.

M o c o w a n i e d o l n e mokrej tulei cylindrowej (rys. 6.12b) polega na zastosowaniu kołnierza oporowego w dolnej części tulei. W tym przypadku nie ma konieczności stosowania uszczelnień gumowych. Wadą tego rozwiązania jest obciążenie tulei siłą osiową pochodzącą od nacisku głowicy niezbędnego do uzyskania szczelności cylindra, która prowadzi do odkształceń. Zaletą tej kon­strukcji jest znacznie mniejsza strefa niechłodzona w porównaniu z tulejami z kołnierzem w górnej części kadłuba. Dlatego tuleje z osadzaniem w dolnej części są stosowane w małych silnikach o niezbyt dużych obciążeniach. Pośred­nim rozwiązaniem w mocowaniu tulei jest zastosowanie kołnierza w środkowej części (rys. 6.12c).

W silnikach chłodzonych cieczą w głowicach są wykonane kanały przepływu czynnika chłodzącego umożliwiające dotarcie cieczy do gorących miejsc w okoli­cach komory spalania.

---