Blok silnika

Najważniejszymi zaletami żeliwa są: słabe przewodzenie fal akustycznych (żeliwne jednostki napędowe są cichsze), znakomite własności ślizgowe, ogromna podatność na łatwą obróbkę i relatywnie wysoki współczynnik elastyczności wzdłużnej (w uproszczeniu: odporności na ściskanie). Żeliwo ma wysoką zawartość węgla i dzięki temu jest mikroporowate.

Ta ostatnia cecha jest wykorzystywana szczególnie w górnej części bloku, w cylindrach, gdzie żeliwo jak gąbka nasiąka olejem. Dzięki temu tłoki przemieszczają się swobodnie we wnętrzu cylindrów.Efekt ten jest dodatkowo wzmacniany dzięki szlifowi krzyżowemu. Polega on na tzw. honowaniu cylindrów - po wyborowaniu cylindrycznych gładzi do wnętrza każdego cylindra wprowadzane są osełki, które jednocześnie obracają się wokół osi cylindra i przesuwają wzdłuż cylindra jak tłok.

Powstaje przy tym na ściankach cylindra wzorek krzyżowy (coś jakby wzorek na wafelku, tyle że wklęsły), po którego ukośnych mikrorowkach olej spływa o wiele wolniej niż po gładkich ścianach. Powstały przez to na ściankach mikrofilm olejowy sprawia, że rozruch silnika "na zimno" nie sprawia problemów. Oczywiście, tam, gdzie w bloku silnika pracują tłoki w cylindrach, szybciutko robi się gorąco.

W końcu w komorach spalania każdego z cylindrów dochodzi do wybuchowego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej, a w dodatku mimo smarowania olejem występuje tu silne tarcie. Aby więc wszystko razem nie rozgrzało się do białości i nie stopiło w jedno, trzeba silnik chłodzić.

Aż 99 proc. silników spalinowych w samochodach chłodzi się cieczą (popularnie mówi się o chłodzeniu wodnym, dla ułatwienia i my dla potrzeb tego cyklu będziemy używać tego określenia). Aby wypełnić i to zadanie, blok silnika zaopatrzony jest w bardzo przemyślny układ kanałów, tak skomplikowany i rozbudowany, że najłatwirozbudowany, że najłatwiej byłoby go przyrównać do krwiobiegu.

W systemie tym krąży woda napędzana pod ciśnieniem przez pompę wodną. W ten sposób płyn chłodzący jest stale w ruchu, opływając cylindry w ramach tzw. płaszcza wodnego. Jednakże gdyby woda opływająca cylindry przemieszczała się powoli, zdążyłaby się zagotować, więc aby jednak dość niewysokie ciśnienie (1-1,5 atm.) wystarczało do szybkiego omywania cylindrów, pompa wodna jest umieszczana jak najbliżej płaszcza wodnego - z reguły na czele silnika, tam, gdzie poprzez paski klinowe (mogą one być zębate, pojedyncze lub wielokrotne) napędzane są agregaty pomocnicze (np. alternator, pompa wspomagania układu kierowniczego, klimatyzator itp.).

Tam zasysa ona wodę z chłodnicy i tłoczy do silnika. Warto przy tym zaznaczyć, że konstruowane obecnie wodne układy chłodzące są zamkniętymi systemami ciśnieniowymi nie dla przyśpieszenia obiegu wody w silniku, ale dla celu o wiele ważniejszego: płyn chłodzący znajdujący się pod podwyższonym ciśnieniem ma wyższą temperaturę wrzenia.

A znaczenia tego ostatniego nie trzeba chyba nikomu wyjaśniać, bo nowoczesne silniki są wciąż bardziej wysokoobrotowe, mają większą wydajność i moc, a więc - jak to się ładnie nazywa w języku techników - mają bardziej napięty bilans termiczny. Czyli chętniej i szybciej się nagrzewają. Wróćmy jednak do obiegu wody w bloku silnika. Przewody i kanały wodne prowadzą płyn chłodzący do głowicy cylindrów, gdzie "zaczynają się schody".

Bo oto natrafiamy tu na drugi system kanałowy - rozprowadzający po silniku olej. Oba systemy są wyraźnie widoczne po zdjęciu głowicy, wyglądają jak przekrój termitiery, tyle że ogromnie regularnie zbudowanej.Jeśli chodzi o kanaliki doprowadzające olej, to jedne z nich (cieńsze) doprowadzają olej do wałka rozrządu, popychaczy zaworowych i (lub) dźwigienek zaworowych, a większe (grubsze) stanowią odpowiednik kolektorów burzowych - zbierają olej, który już wykonał swoją pracę w danym cyklu obiegu (pracę smarną i... chłodzącą, a jakże!) i odprowadzają go do miski olejowej w dole silnika.

Jeśli jednak wpatrzymy się w odkryty "przekrój termitiery", czyli górną powierzchnię bloku silnika, dostrzeżemy jeszcze inne otwory. W naszym przykładowym silniku czterocylindrowym dziesięć spośród nich będzie nagwintowanych; właśnie dzięki nim głowicę cylindrów można dokręcić do bloku, ściskając przy tym uszczelkę.

I właśnie tutaj w największym stopniu ujawniają się zalety żeliwa jako tworzywa do budowy korpusu jednostki napędowej: wkręcane z ogromną siłą śruby są w stanie zdeformować większość materiałów metalowych, a żeliwo nie poddaje się im niemal wcale. Prędzej pęknie niż się rozciągnie.

Ta wielka odporność żeliwa jest ogromnie przydatna także w dolnej części bloku, w skrzyni korbowej, gdzie - jak sama nazwa wskazuje - wiruje wał korbowy, napędzany tłokami za pośrednictwem korbowodów.

Przypomnijmy dla porządku, że każdy tłok podczas suwu pracy przenosi na wał korbowy siły sięgające pięciu ton, co oznacza konieczność absolutnie sztywnego podparcia każdego łożyska wału korbowego.

Kiedyś zadowalano się jednym łożyskiem wału co drugie wykorbienie, dziś po każdym czopie wału korbowego (każdym wykorbieniu - patrz rozdział "Wał korbowy") montowane jest oddzielne łożysko, ślizgowe lub toczne (w dwusuwach lub silnikach superwyczynowych), i oczywiście na końcach.

Tu łożyska ślizgowe są jednocześnie wyposażone w uszczelniacze, nie dopuszczające do wytryskiwania czy wyciekania oleju poza silnik. Uszczelniacze takie potocznie nazywa się z niemiecka simmeringami.

Aby jeszcze bardziej usztywnić blok silnika, w nowoczesnych konstrukcjach ścianki korpusu jednostki napędowej wydłuża się w dół, co dodatkowo stabilizuje silnik i sprawia, że pracuje on płynniej, a ponadto daje większą powierzchnię styku bloku ze skrzynią biegów.

Oczywiście, wciąż w dyskusjach konstruktorów-silnikowców wraca temat zbyt wielkiej masy żeliwa. To właśnie dlatego do budowy bloku silnika często stosuje się aluminium. Jednakże aluminium ma bardzo kiepskie własności ślizgowe, zwiększające tarcie pomiędzy tłokiem a cylindrem.

Stąd sięganie po różnego rodzaju triki, jak wsuwanie do cylindrów tulei żeliwnych, wtapianie żeliwa w ścianki cylindrów czy wreszcie (patent BMW) pokrywanie ścianek cylindrów dwusiarczkiem molibdenu (ogromnie skuteczny środek smarny, który niemal się nie zużywa).

Ale największym problemem aluminium jako materiału konstrukcyjnego na blok silnika jest jego niska sztywność, więc korpusy odlewane z tego metalu muszą mieć niebywale skomplikowaną budowę - chodzi tu o tzw. ożebrowanie usztywniające. Niemniej to właśnie aluminium jest materiałem przyszłości, niemal wszystkie nowoczesne jednostki buduje się właśnie z niego.

Od sierpnia 1998, kiedy na rynek wyjechał Mercedes A 170 CDI, wiadomo już, że jednostki wysokoprężne w pełni aluminiowe są również wykonalne. Tłum. Maciej Pertyński