Korbowód

e. na terenie Mezopotamii wynalezione zostało koło. Z początku tylko jako zwykły krąg odcięty z okorowanego, okrągłego pnia drzewa, z biegiem czasu nabrało wyglądu szprychowego, i w takiej postaci około 1000 lat p.n.e. użytkowane było przez Egipcjan w bojowych rydwanach. Potem w niemal nie zmienionej formie przejęto je wraz z rydwanem do starożytnej Grecji i Rzymu. Wozy transportowe posiadały wciąż koła pełne. Ale aż po wiek XVIII wszelkie pojazdy kołowe - poza naziemnymi żaglowcami i eksperymentalnymi "samojazdami" z mechanizmem sprężynowym podobnym do zegarowego - napędzane były siłą mięśni- ludzkich lub zwierzęcych. Dopiero w końcu wieku XVIII nagle okazało się, że ludzie mają dość rozwiązań siłowych, i czas na rewolucję przemysłowo-techniczną. Czas maszyn nadszedł.Zaraz na początku tej rewolucji wynaleziono tłok (ponownie), więc można uznać, iż serce silnika zaczęło bić. Zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej w komorze spalania ponad tłokiem powodował, że tłok przesuwał się z ogromną siłą (patrz cz. 2 Leksykonu). Ale przemieszczanie się tłoka w cylindrze przebiegało tylko wzdłuż jednej osi, a więc był to ruch posuwisty.Ponieważ jednak koła się obracają, trzeba było w jakiś sposób zmienić ruch posuwisty na posuwiście zwrotny (czyli połączony z powracaniem do punktu wyjścia), a dalej na ruch obrotowy.W bólach rodziło się rozwiązanie tego problemu. Pojawiały się pomysły iście fantastyczne, jak choćby napęd poprzez coś w rodzaju przekładni zębatkowej (odpowiednik stosowanych dziś przekładni kierowniczych), gdzie posuwiste ruchy tłoka powodowały przemieszczanie się połączonej z nim listwy zębatej, która z kolei napędzała koło zębate. Pomysł sam w sobie niezły, ale konstrukcja taka nie powodowała powrotu tłoka na miejsce początku cyklu. I tak, po wielu próbach, stworzono cały system, układ ruchomy, w którym tłok połączono z obracającym się wałem korbowym za pomocą właśnie korbowodu.Ten jakże ważny element składowy silnika ma trzy zadania:l Łączy tłok z wałem korbowym;tłoka w ruch obrotowy wału korbowego;l Przenosi siły powstałe po zapłonie mieszanki w komorze spalania na wał korbowy, powodując powstanie na wale korbowym momentu obrotowego. Korbowód musi spełnić bardzo wysokie wymagania. Bo weźmy choćby pod uwagę przenoszenie ogromnych sił wzdłużnych, powstałych w wyniku zapłonu w komorze spalania nad tłokiem. Do tego dochodzą siły przyśpieszenia i opóźnienia, powstałe przez ciągle zmieniającą się prędkość przemieszczania się tłoka, i to wszystko jeszcze połączyć trzeba z siłami gnącymi, efekt ruchu wahadłowego. Z tych przyczyn korbowód musi prezentować ogromną mechaniczną wytrzymałość, ale z powodów całkowicie zrozumiałych powinien być też jak najlżejszy.Budowa i kształt: na górnym końcu znajduje się główka korbowodu. W główce mieści się tuleja korbowodu, obejmująca sworzeń tłoka, łączący tłok z korbowodem. W takim połączeniu sworzeń "pływa" w główce korbowodu lub w piaście tłokowej sworznia, lub w obydwu. W niektórych konstrukcjach tuleja nie występuje, a wówczas sworzeń tłokowy mocowany jest w otworze główki tłoka mechanicznie (poprzez ścisk) lub termicznie, przez nagrzewanie główki (by się rozszerzyła) lub schładzanie sworznia (dwutlenkiem węgla), a wówczas swobodne mocowanie sworznia występuje w jego piaście tłokowej.Od główki w dół korbowodu biegnie jego trzon. Łączy on główkę ze stopką korbowodu. W celu uzyskania jak największej odporności na złamanie trzonu wykonuje się go jako odlew lub skuwkę o przekroju tzw. dwuteownika (przekrój takiego odlewu wygląda jak litera H). Ze względu na lekkość takiej formy, oszczędność materiału i odporność na zginanie taki kształt trzonu stanowi dziś standard. Co istotne, biorąc pod uwagę ogrom sił działających w nowoczesnych silnikach na korbowód, ów przekrój w kształcie litery H wydłuża się w "poprzeczce" w miarę dochodzenia do stopy korbowodu. Nie są stosowane trzony o przekroju cylindrycznym i prostokątnym.Stopa korbowodu wraz z pokrywą stopy (połączoną zwykle śrubami ze stopą) tworzy dolny koniec korbowodu. Ten element korbowodu mocowany jest do wału korbowego. Mocowanie to ma miejsce wtzw. wykorbieniu wału, to jest w tej części, która niczym korba wychyla się w bok od osi wału. Samo miejsce mocowania nazywa się czopem wału korbowego. Powierzchnia czopu jest bardzo gładka, ponieważ stanowi jedną ze ścian łożyska ślizgowego. Drugą połowę tego łożyska stanowi panewka, czyli rozbieralny element łożyska ślizgowego. Stosowanie panewek, awięc łożyska ślizgowego w punkcie połączenia korbowodu z wałem korbowym, uzasadnione jest wielką nośnością tego typu ułożyskowania, jego zdolnościami do tłumienia hałasów i trwałością. Ponadto łożysko ślizgowe zajmuje mniej miejsca i mniej waży od innych typów łożysk.Innego typu łożyska stosuje się w silnikach jedno- i dwucylindrowych oraz w dwusuwowych. Tu z powodu innego typu smarowania (nie olej z miski olejowej, tylko mieszanka paliwowo-powietrzno-olejowa) oraz wykorzystywania skrzyni korbowej do wstępnego sprężania wał korbowy łączy się z korbowodem za pośrednictwem łożysk walcowych lub ich odmiany, igłowych. W obu przypadkach przyczyną ich zastosowania są mniejsze wymagania smarne. Z konstrukcyjnego punktu widzenia istotny jest tu fakt, że w przeciwieństwie do rozwiązania z panewkami, tu łożysko jest nierozbieralne, jego montaż i demontaż wymusza stosowanie wału korbowego składającego się z wielu części. Korbowód wykonuje się z najlepszych możliwych materiałów. Nadaje się do tego np. uszlachetniana stal (odkuwka na gorąco), jak i uszlachetnione żeliwo (odlew). W silnikach wyczynowych najczęściej stosuje się korbowody tytanowe. Ten nowoczesny materiał jest o wiele lżejszy od stali i bezproblemowo stawia czoło najwyższym wymaganiom. A w samochodach wyścigowych ma to wielkie znaczenie, bo wały korbowe muszą tu kręcić się z prędkością nawet i 18 tys. obrotów na minutę.Melodią przyszłości jest stosowanie innych materiałów, choć obecnie trwają próby z włóknami węglowymi w płaszczu z tworzywa sztucznego. Zaletą tego rozwiązania są wysoka wytrzymałość przy niskiej masie, a także bezgłośna praca i praktycznie zerowe zużywanie się. Na razie jednak takie korbowody są zbyt drogie, by stosować je w seryjnej produkcji.Smarowanie korbowodów odbywa się za pomocą oleju silnikowego wypełniającego miskę olejową. Ciśnienie wytwarzane przez pompę doprowadza go poprzez otwory smarownicze w wale do łożysk korbowodowych. Przez stopę korbowodu przewiercony jest otwór, którym olej pod ciśnieniem natryskiwany jest na łożysko główki korbowodu i dolną stronę denka tłoka, co poza smarowaniem łożysk bardzo skutecznie chłodzi sam tłok.Tłum. i opr. Maciej Pertyński