Silniki pojazdów samochodowych : podręcznik do nauki zawodu Technik pojazdów samochodowych / aut. Richard Fischer [et al.]. Warszawa, 2013 Spis treści Wstęp 7 1. Podstawowe wiadomości o silnikach 9 1.1. Historia silników stosowanych do pojazdów samochodowych 9 1.2. Klasyfikacja silników tłokowych i ich konstrukcja 10 1.2.1. Silnik o zapłonie iskrowym 10 1.2.2. Silnik o zapłonie samoczynnym 11 1.2.2.1. Budowa silników o zapłonie samoczynnym 11 1.2.2.2. Cechy charakterystyczne silników o zapłonie samoczynnym 11 1.2.3. Uwagi na temat silników o zapłonie iskrowym 12 1.3. Stopień spręŝania 12 1.4. Zasady działania silnika czterosuwowego i dwusuwowego. Prawo Boyle a Mariotta 13 1.5. Wykres indykatorowy silnika 14 1.6. Fazy rozrządu silnika czterosuwowego 16 1.6.1. Wykres faz rozrządu 16 1.6.2. Numeracja cylindrów, kolejność zapłonów 16 1.7. Wymiana ładunku w silniku czterosuwowym 18 1.7.1. Cykl pracy silnika o zapłonie iskrowym 18 1.7.2. Cykl pracy silnika o zapłonie samoczynnym 19 1.8. Współczynnik napełnienia cylindra 20 1.8.1. Optymalizacja napełnienia silnika 20 1.9. Doładowanie (regulacja napełnienia) silników 20 1.10. Filtry. Budowa i obsługa 21 1.10.1. Filtry powietrza 22 1.10.2. Filtry paliwa 22 1.10.3. Filtry oleju 23 1.10.4. Filtry płynów hydraulicznych 23 1.10.5. Wewnętrzne filtry powietrza 24 1.11. Substancje robocze, substancje pomocnicze 24 2. Proces spalania w silnikach 25 2.1. Podstawowe wiadomości o paliwach 25 2.2. Charakterystyka paliw stosowanych do zasilania silników 27 2.2.1. Paliwa do silników o zapłonie iskrowym 27 2.2.2. Paliwa do silników o zapłonie samoczynnym 28 2.3. Teoria spalania 30 2.4. Współczynnik nadmiaru powietrza (λ = Lambda) 30 2.5. Przebieg procesu spalania w silnikach o zapłonie iskrowym. Spalanie zupełne i niezupełne 31 2.5.1. Formowanie mieszanki paliwowo-powietrznej 32 2.5.2. Regulacja mocy 32 2.6. Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na spalanie w silniku o zapłonie iskrowym (ZI) 32 2.7. Spalanie stukowe, zapłon powierzchniowy 34 2.8. Komory spalania w silnikach o zapłonie iskrowym 35 2.9. Przebieg spalania w silniku o zapłonie samoczynnym. Spalanie całkowite i niecałkowite 36
2.10. Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na spalanie w silniku o zapłonie samoczynnym 38 2.11. Niedzielone komory spalania w silniku o zapłonie samoczynnym 39 2.12. Dzielone komory spalania w silniku o zapłonie samoczynnym 40 2.13. Skład gazów spalinowych silników o zapłonie iskrowym 40 2.14. Skład gazów spalinowych silników o zapłonie samoczynnym ZS 41 2.15. Toksyczność spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym 42 2.15.1. Określanie składu spalin 42 2.15.2. Wpływ szkodliwych składników spalin na organizmy Ŝywe 43 3. Parametry pracy silnika. Charakterystyka silnika 44 3.1. Prędkość obrotowa silnika spalinowego i jej pomiar 44 3.2. Średnie ciśnienie uŝyteczne 44 3.3. Moment obrotowy, moc silnika, średnia prędkość tłoka 44 3.4. ZuŜycie paliwa i jego pomiar 46 3.5. Sprawność silnika 47 3.6. Wskaźniki porównawcze silników 48 3.7. Hamownia silnikowa 48 3.7.1. Wyznaczanie mocy uŝytecznej silnika 50 3.7.2. Hamulce obciąŝeniowe 50 3.7.2.1 Hamulce elektryczne 50 3.7.2.2. Hamulce wodne 51 3.7.3. Dobór hamulca i porównanie charakterystyk hamulca i silnika 52 3.8. Charakterystyka prędkościowa, obciąŝeniowa, regulacyjna 53 3.9. Charakterystyka ogólna silnika 54 4. Układ korbowy 55 4.1. Kinematyka mechanizmu korbowego 55 4.2. Siły działające w układzie korbowym 56 4.3. Zasada wyznaczania mas wyrównowaŝających układ korbowy 57 4.4. Konstrukcja elementów układu korbowego. Materiały stosowane w konstrukcji elementów układu korbowego 60 4.4.1. Tłok 60 4.4.2. Pierścienie tłokowe 63 4.4.3. Sworzeń tłokowy i osadzenia sworznia 64 4.4.4. Korbowód 64 4.4.5. Wał korbowy 66 4.4.5.1. ŁoŜyska wału korbowego 68 4.4.6. Dwumasowe koło zamachowe 68 4.5. Weryfikacja elementów i metody napraw układu korbowego 70 4.5.1. Weryfikacja i naprawa wałów korbowych 70 4.5.2. Weryfikacja i naprawa tłoków i pierścieni tłokowych 70 4.5.3. Weryfikacja i naprawa korbowodu 74 4.5.4. Weryfikacja i naprawa wału korbowego 75 5. Układ rozrządu 76 5.1. Rozwiązania konstrukcyjne układu rozrządu 76 5.1.1. Technika wielozaworowa 77 5.2. Sterowanie pracą zaworów 77 5.3. Napęd wałka rozrządu 78 5.4. Zmienne sterowanie układem rozrządu. Kierunki rozwoju 79 5.4.1. Zmienne fazy rozrządu 79 5.4.2. Zmienny napęd rozrządu 82 5.5. Konstrukcja elementów układu rozrządu. Materiały stosowane w konstrukcji elementów układu rozrządu 83 5.5.1. Zawory 83
5.5.2. Prowadnice zaworowe (rys. 1) 84 5.5.3. Gniazda zaworowe 84 5.5.4. SpręŜyny zaworowe 85 5.5.5. Wałek rozrządu 85 5.6. Sposoby regulacji luzu zaworowego 85 5.7. Weryfikacja elementów układu rozrządu 87 5.7.1. ZuŜycie elementów rozrządu 87 5.7.2. Weryfikacja układu rozrządu 87 5.8. Naprawa elementów układu rozrządu 87 6. Kadłuby i głowice 89 6.1. Elementy konstrukcyjne kadłuba 89 6.2. Kadłuby i głowice silników chłodzonych cieczą 90 6.3. Kadłuby i głowice silników chłodzonych powietrzem 92 6.4. Nowoczesne materiały stosowane w konstrukcji kadłubów i głowic 92 6.5. Metody uszczelniania połączenia kadłuba z głowicą 93 6.6. Sposoby określania szczelności przestrzeni nad tłokiem 94 6.7. Naprawa kadłuba i głowicy silnika 99 6.7.1. Naprawa kadłuba 99 6.7.2. Naprawa głowicy 100 7. Układy zasilania w paliwo silników o zapłonie iskrowym 101 7.1. Zadania, budowa i obsługa układów zasilania 101 7.1.1. Zadania układów zasilania 101 7.1.2. Budowa układów zasilania (rys. 1) 101 7.1.3. Części składowe układów zasilania 101 7.1.4. Przewietrzanie i odpowietrzanie zbiornika paliwa 105 7.1.5. Obsługa i naprawa układu zasilania silnika o zapłonie iskrowym 106 7.2. Sposoby powstawania mieszanki palnej w silniku 107 7.3. Gaźnikowy układ zasilania 107 7.3.1. Podstawowa zasada działania 107 7.3.2. Rodzaje gaźników 108 7.3.3. Budowa gaźnika prostego 109 7.4. Klasyfikacja układów wtrysku benzyny 110 7.4.1. Podstawy teoretyczne wtrysku benzyny 110 7.4.2. Rodzaje układów wtryskowych benzyny 110 7.5. Układy wielopunktowego wtrysku do kolektora dolotowego sterowane elektronicznie. Spalanie mieszanki jednorodnej 112 7.5.1. Otrzymywanie informacji sterujących 113 7.6. Układy wtrysku jednopunktowego 119 7.6.1. Podukłady jednopunktowego wtrysku paliwa 119 7.6.2. Elementy składowe jednopunktowego wtrysku paliwa 120 7.6.3. Elektroniczna regulacja jednopunktowego wtrysku paliwa 121 7.6.4. Diagnostyka jednopunktowego wtrysku paliwa 123 7.7. Wtrysk wielopunktowy LH-Motronic, LH-Jetronic 124 7.7.1. Podukłady układu wtryskowego LH-Jetronic (rys. 1) 124 7.7.2. Wtryskiwacze układu LH-Motronic 126 7.7.3. Regulacja elektroniczna w układzie LH-Jetronic 127 7.8. Wtrysk wielopunktowy ME-Motronic 130 7.8.1. Podukłady układu wtryskowego ME-Motronic 130 7.8.2. Elektroniczna regulacja układu ME-Motronic 132 7.9. Układy bezpośredniego wtrysku do cylindra. Spalanie mieszanki uwarstwionej (MED-Motronic) 135 7.9.1. Tryby pracy układu z bezpośrednim wtryskiem benzyny 135 7.9.2. Przebieg spalania w silniku z wtryskiem bezpośrednim 137 7.9.3. Doprowadzenie paliwa w układzie MED-Motronic 137
7.9.4. Części składowe układu MED-Motronic 138 7.9.5. Regulacja elektroniczna układu MED-Motronic 138 7.10. Wtrysk wielopunktowy KE-Jetronic 141 7.10.1. Podukłady układu wtrysku KE-Jetronic 141 7.10.2. Regulator mieszanki w układzie KE-Jetronic 142 7.11. Naprawa elementów układu wtrysku benzyny 143 8. Układy zasilania silników o zapłonie samoczynnym 144 8.1. Zadania układu zasilania silnika o zapłonie samoczynnym 144 8.2. Klasyfikacja układów zasilania silników 144 8.2.1. Urządzenia wspomagające rozruch silnika 144 8.3. Układ zasilania z pompą wtryskową 146 8.4. Rzędowa pompa wtryskowa 148 8.4.1. Obsługa i naprawa rzędowej pompy wtryskowej 151 8.4.2. Rzędowa pompa wtryskowa z popychaczem przesuwnym 152 8.5. Rozdzielaczowe pompy wtryskowe. Regulatory prędkości obrotowej 153 8.5.1 Mechanicznie sterowana rozdzielaczowa pompa wtryskowa z tłokiem poziomym typu VE 153 8.5.1.1. Regulator mechaniczny prędkości obrotowej 155 8.5.1.2. Hydrauliczny regulator początku wtrysku (rys. 2) 155 8.5.1.3. Układy dodatkowe 155 8.5.1.4. Weryfikacja i naprawa pompy wtryskowej VE 156 8.6. Sterowanie elektroniczne układów zasilania z pompą wtryskową 156 8.6.1. Elektronicznie regulowana rozdzielaczowa pompa wtryskowa z tłokiem poziomym (VE-EDC) 158 8.6.2. Rozdzielaczowa pompa wtryskowa z tłokami promieniowymi (VP44) 159 8.7. Wtryskiwacze paliwa 162 8.8. Układ zasilania z pompowtryskiwaczami 164 8.9. Układ zasilania z indywidualnym zespołem pompy i wtryskiwacza 165 8.10. Zasobnikowy układ zasilania silnika o zapłonie samoczynnym (Common Rail) 168 8.10.1. Weryfikacja układu Common Rail 173 8.11. Metody badań pomp wtryskowych i wtryskiwaczy paliwa 174 8.11.1. Badanie rzędowych pomp wtryskowych 174 8.11.2. Badanie rozdzielaczowych pomp wtryskowych 175 8.11.3. Budowa i regulacja wtryskiwaczy 175 8.12. MontaŜ pompy wtryskowej do silnika 176 8.13. Kontrola zadymienia spalin 176 8.14. Weryfikacja elementów układów zasilania 178 8.14.1 Weryfikacja świec Ŝarowych 178 8.14.2. Weryfikacja wtryskiwaczy 178 8.15. Naprawa elementów układu zasilania silników o zapłonie samoczynnym 178 9. Układ chłodzenia 179 9.1. Bilans cieplny silnika 179 9.2. Sposoby chłodzenia silnika 180 9.3 Ciecze chłodzące 180 9.4. Pośredni układ chłodzenia silnika 180 9.5. Elementy pośredniego układu chłodzenia. Regulacja intensywności chłodzenia 181 9.5.1. Części składowe układu chłodzenia o wymuszonym obiegu 181 9.5.2. Układy chłodzenia sterowane elektronicznie 186 9.5.2.1 Części składowe układu chłodzeniu sterowanego elektronicznie 186 9.6. Bezpośredni układ chłodzenia silnika 187 9.7. Obsługa, badanie i weryfikacja elementów układu chłodzenia silnika 187
9.8. Naprawa elementów układu chłodzenia silnika 189 10. Układ smarowania 190 10.1. Oleje smarujące i smary 190 10.2. Sposoby smarowania silników 195 10.3. Obiegowy wymuszony układ smarowania 195 10.4. Elementy układu smarowania silnika 196 10.5. Filtry oleju 197 10.6. Sposoby napędu pompy oleju 198 10.7. Obsługa układu smarowania silnika 199 10.8. Metody diagnozowania i weryfikacja układu smarowania silnika 201 10.9. Naprawa elementów układu smarowania silnika 201 11. Układy wylotowe i dolotowe 202 11.1. Konstrukcja układu wylotowego silnika 202 11.2. Tłumiki wylotu spalin 203 11.2.1. Obsługa i naprawa układu wydechowego 204 11.3. Reaktory katalityczne silników o zapłonie iskrowym 205 11.3.1. Działania mające na celu ograniczenie zawartości szkodliwych składników w spalinach 205 11.3.2. Układ recyrkulacji spalin (EGR rys. 1) 205 11.3.3. Obróbka spalin w dopalaczu katalitycznym spalin (katalizatorze) 205 11.3.4. Katalizator współpracujący z układem regulacji składu mieszanki (katalizator regulowany) 207 11.3.5. Rodzaje sond Lambda 208 11.3.6. Adsorber NO x, katalizator redukujący 209 11.3.7. Układ dodatkowego powietrza (rys. 3) 210 11.4. Zasady eksploatacji silników współpracujących z reaktorem katalitycznym 211 11.5. Europejski system diagnozy pojazdu EOBD 212 11.5.1. Zakres działania systemu EOBD 212 11.5.2. Obsługa i naprawa EOBD. Poszukiwanie niesprawności regulacji Lambda 214 11.6. Układy oczyszczania spalin silników o zapłonie samoczynnym 216 11.6.1. Katalizator utleniający 216 11.6.2. Powrót spalin (EGR) 216 11.6.3. Filtr cząstek stałych (rys. 1) 217 11.7. Sposoby doładowania silników 218 11.8. Turbodoładowanie silników 218 11.9. Doładowanie mechaniczne silników 221 11.10. Doładowanie bezspręŝarkowe silników. Układy dolotowe o zmiennej geometrii 222 11.10.1. Doładowanie z drgającym słupem gazu w rurze dolotowej dynamiczne 222 11.10.2. Doładowanie rezonansowe 223 11.10.3. Układ doładowania rezonansowego i drgającego słupa gazu w rurze dolotowej 224 11.11. Zasady eksploatacji silnika wyposaŝonego w układ doładowania z turbospręŝarką 224 12. Napędy alternatywne pojazdów samochodowych 225 12.1. Alternatywne nośniki energii 225 12.2. Napęd gazem ziemnym 225 12.3. Napęd hybrydowy. Klasyfikacja 227 12.4. Rozmieszczenie elementów hybrydowego zespołu napędowego w samochodzie 227
12.4.1. Akumulator hybrydowego zespołu napędowego 228 12.5. Działanie hybrydowego układu napędowego 228 12.6. Metody diagnozowania hybrydowego zespołu napędowego 229 12.7. Inne alternatywne napędy pojazdów samochodowych 229 12.7.1. Napęd ogniwem paliwowym 229 12.7.2. Silniki spalinowe zasilane wodorem 230 12.7.3. Silniki spalinowe zasilane olejem roślinnym 230 12.8. Klasyfikacja gazowych układów zasilania silników 230 12.9. Mieszalnikowe układy zasilania gazem 230 12.9.1 Instalacja gazowa I generacji 231 12.9.2 Instalacja gazowa II generacji 234 12.10. Układy zasilania gazem sterowane elektronicznie 235 12.10.1. Instalacja gazowa III generacji 235 12.10.2. Instalacja gazowa IV generacji 237 12.10.3. Instalacja gazowa V generacji 237 13. Dwusuwowy silnik o zapłonie iskrowym. Silnik z tłokiem wirującym 240 13.1. Silnik dwusuwowy 240 13.1.1. Budowa silnika dwusuwowego 240 13.1.2. Cykl roboczy silnika dwusuwowego 240 13.1.3. Rodzaje sterowania procesami wymiany ładunku 243 13.1.4. Cechy szczególne budowy silnika dwusuwowego 245 13.1.5. Zastosowanie silników dwusuwowych 246 13.1.6. Obsługa silnika dwusuwowego 247 13.2. Silnik z tłokiem wirującym (Wankla) 247 13.2.1. Budowa silnika Wankla 248 13.2.2. Działanie silnika Wankla 248 14. Układy zapłonowe 250 14.1. Powstanie iskry elektrycznej 250 14.2. Oscylogram napięcia w uzwojeniach 252 14.3. Cewki zapłonowe 253 14.4. Rozłączanie pierwotnego obwodu prądu 256 14.5. Dopasowanie zapłonu 257 14.6. Dopasowywanie natęŝenia prądu w obwodzie uzwojenia pierwotnego 260 14.7. Rozpoznawanie wypadania zapłonów 261 14.8. Zapłon wielokrotny 262 14.9. Układ rozdzielania zapłonu 262 14.10. Świece zapłonowe 263 14.11. Przegląd będących w uŝyciu układów zapłonowych (UZ) 265 14.12. Weryfikacja, obsługa i naprawa układu zapłonowego 266 15. Silniki pojazdów uŝytkowych 270 15.1. Układy wtryskowe silników o zapłonie samoczynnym pojazdów uŝytkowych 270 15.2. Układy wspomagające rozruch silnika 271 15.3. Zmniejszenie zawartości szkodliwych składników w spalinach emitowanych przez silniki pojazdów uŝytkowych 271 Bibliografia 274 oprac. BPK