Silnik może wytrzymać setki tysięcy kilometrów, ale tylko pod jednym warunkiem: musi potrafić przeżyć własne warunki pracy. W jego wnętrzu mamy tarcie, ogromne ciśnienia i temperatury, które w komorze spalania przekraczają tysiąc stopni Celsjusza. Metalowe elementy poruszają się względem siebie z ogromną prędkością, a mimo to przez lata nie powinny się wzajemnie niszczyć. Jak to możliwe? Odpowiedź kryje się w dwóch układach, o których kierowca często przypomina sobie dopiero wtedy, gdy zapali się kontrolka — układzie smarowania i układzie chłodzenia. Dzisiaj zobaczymy, że olej silnikowy robi znacznie więcej niż tylko „smaruje silnik”, a płyn chłodniczy wcale nie służy wyłącznie do tego, żeby zimą nie zamarzła woda. Zrozumiemy też, dlaczego przegrzanie silnika może zniszczyć go w kilka minut i dlaczego paradoksalnie zbyt zimny silnik również nie jest zdrowy.
Wyobraź sobie wał korbowy obracający się wewnątrz silnika. Jest wykonany z metalu i współpracuje z łożyskami również wykonanymi z materiałów metalicznych. Mogłoby się wydawać, że skoro oba elementy są tak gładkie, mogą po prostu pracować bez żadnego dodatkowego zabezpieczenia. W rzeczywistości byłaby to katastrofa. Nawet idealnie wypolerowane powierzchnie metalu pod mikroskopem przypominają górski krajobraz. Znajdują się na nich mikroskopijne nierówności. Gdyby dwie takie powierzchnie zaczęły przesuwać się bezpośrednio po sobie, nierówności zaczęłyby się zahaczać, ścierać i nagrzewać. Tarcie zamieniłoby się w temperaturę, temperatura zmieniłaby właściwości materiału, a zużycie zaczęłoby postępować coraz szybciej.
Olej rozwiązuje ten problem w niezwykle elegancki sposób. Tworzy cienką warstwę pomiędzy współpracującymi powierzchniami, dzięki czemu w odpowiednich warunkach elementy nie muszą bezpośrednio stykać się ze sobą. Możesz pomyśleć o tym jak o niewidzialnej poduszce, która oddziela metal od metalu.
Ale olej ma w silniku znacznie więcej pracy.
Musi ograniczać tarcie, pomagać odprowadzać ciepło, chronić powierzchnie przed korozją, utrzymywać zanieczyszczenia w zawiesinie i transportować część z nich do filtra. W niektórych nowoczesnych silnikach olej jest również elementem sterującym układami hydraulicznymi, na przykład zmiennymi fazami rozrządu.
Dlatego olej silnikowy nie jest po prostu „śliskim płynem”. To specjalnie zaprojektowany produkt inżynieryjny.
Droga oleju zaczyna się na dole silnika
Na samym dole silnika znajduje się zwykle miska olejowa. To właśnie tam po zakończeniu obiegu olej spływa i czeka na kolejne przejście przez układ. W misce znajduje się smok olejowy, czyli element pobierający olej. Następnie pompa oleju tłoczy go do układu smarowania.
To bardzo ważny moment, ponieważ od pompy zależy utrzymanie odpowiedniego przepływu i ciśnienia oleju. Pompa nie jest jednak magicznym urządzeniem, które „smaruje silnik”. Ona po prostu wymusza obieg oleju przez odpowiednio zaprojektowane kanały.
Olej trafia między innymi do łożysk wału korbowego, a z nich może być kierowany dalej do korbowodów. Dociera również do elementów głowicy, wałków rozrządu i innych miejsc wymagających smarowania. W niektórych silnikach specjalne dysze kierują olej również na spód tłoków, pomagając je chłodzić.
Można więc wyobrazić sobie układ smarowania jako układ krążenia samochodu. Pompa oleju pełni funkcję podobną do serca, kanały olejowe przypominają naczynia, a miska olejowa jest miejscem, do którego olej wraca po wykonaniu swojej pracy.
Najważniejsze słowo: ciśnienie
W poprzedniej lekcji powiedzieliśmy, że ciśnienie jest jednym z fundamentów działania silnika. Teraz pojawia się ponownie, ale w zupełnie innym miejscu.
Silnik potrzebuje odpowiedniego ciśnienia oleju, aby olej mógł dotrzeć tam, gdzie jest potrzebny. Jeżeli ciśnienie spadnie zbyt mocno, może dojść do uszkodzenia łożysk, wału korbowego i innych elementów.
Dlatego kontrolka oleju jest jedną z tych kontrolek na desce rozdzielczej, których nigdy nie należy lekceważyć.
Jeżeli podczas pracy silnika zapali się czerwona kontrolka ciśnienia oleju, nie należy traktować jej jak zwykłego przypomnienia serwisowego. Może oznaczać poważny problem. Dalsza praca silnika przy niewystarczającym smarowaniu może doprowadzić do bardzo szybkiego uszkodzenia jednostki.
To jedna z najlepszych rzeczy, jakich początkujący kierowca może nauczyć się od mechanika: nie każda kontrolka oznacza „możesz dojechać do warsztatu”.
A teraz druga połowa historii — chłodzenie
Silnik spala paliwo, a spalanie produkuje ogromne ilości ciepła. Część energii zostaje zamieniona na pracę mechaniczną, ale znaczna część musi zostać odprowadzona. Gdybyśmy pozwolili silnikowi nagrzewać się bez kontroli, temperatura szybko stałaby się dla niego zabójcza.
I tutaj zaczyna pracować układ chłodzenia.
W większości współczesnych samochodów wykorzystuje się ciecz chłodzącą krążącą pomiędzy silnikiem a chłodnicą. Pompa cieczy wymusza jej przepływ. Ciecz przejmuje ciepło z silnika, trafia do chłodnicy, gdzie oddaje je do powietrza, a następnie wraca, żeby ponownie odebrać kolejną porcję energii cieplnej.
Brzmi prosto.
Ale jest w tym pewien haczyk.
Silnik nie chce być ani za gorący, ani za zimny.
Dlaczego zimny silnik też jest problemem?
To jedna z rzeczy, które często zaskakują osoby rozpoczynające naukę mechaniki.
Można by pomyśleć, że skoro wysoka temperatura jest niebezpieczna, najlepiej byłoby utrzymywać silnik możliwie zimny. Tymczasem silnik został zaprojektowany do pracy w określonym zakresie temperatur. Zbyt niska temperatura powoduje między innymi gorsze warunki spalania, zwiększone tarcie i utrudnione odparowywanie niektórych zanieczyszczeń oraz wilgoci z oleju.
Dlatego samochód posiada termostat.
Termostat działa trochę jak inteligentne drzwi. Kiedy silnik jest zimny, ogranicza przepływ cieczy przez chłodnicę, pomagając silnikowi szybciej osiągnąć temperaturę roboczą. Kiedy temperatura wzrasta, termostat otwiera przepływ przez chłodnicę, umożliwiając skuteczniejsze oddawanie ciepła.
Dzięki temu silnik nie musi wybierać pomiędzy „zimnym” a „przegrzanym”. Układ chłodzenia stara się utrzymać warunki, w których jednostka może pracować efektywnie.
Chłodnica — miejsce, w którym ciepło ucieka z samochodu
Chłodnica jest jednym z tych elementów samochodu, które wyglądają niepozornie, ale wykonują ogromną pracę. Ma dużą powierzchnię, cienkie kanały dla cieczy oraz liczne żebra, które zwiększają powierzchnię kontaktu z powietrzem.
Kiedy samochód jedzie, powietrze przepływa przez chłodnicę i odbiera od niej ciepło. Kiedy samochód stoi, przepływ powietrza musi zapewnić wentylator.
I tutaj pojawia się piękny przykład współpracy mechaniki z fizyką. Silnik przekazuje ciepło do cieczy, ciecz przekazuje je chłodnicy, chłodnica przekazuje je powietrzu, a powietrze zabiera je do atmosfery.
Cały samochód jest więc w pewnym sensie urządzeniem do przenoszenia energii.
Co się dzieje, kiedy silnik się przegrzeje?
Przegrzanie silnika jest jednym z najpoważniejszych problemów, jakie mogą spotkać samochód. Wysoka temperatura może prowadzić do odkształcenia elementów, uszkodzenia uszczelki pod głowicą, utraty właściwości oleju, a w skrajnych przypadkach nawet zatarcia silnika.
Uszczelka pod głowicą zasługuje tutaj na szczególną uwagę. Jest niewielkim elementem, ale musi oddzielać od siebie kilka bardzo różnych środowisk: komory spalania, kanały olejowe i kanały płynu chłodniczego. Jeżeli uszczelka przestanie prawidłowo uszczelniać, olej może mieszać się z płynem chłodniczym, płyn może przedostawać się do cylindrów, a gazy spalania mogą trafiać do układu chłodzenia.
To dlatego mechanik nigdy nie powinien ignorować objawów przegrzewania.
Jeżeli temperatura silnika zaczyna rosnąć ponad normalny poziom, pojawia się para, płyn chłodniczy znika albo wentylator zachowuje się nietypowo, problem trzeba potraktować poważnie. Jazda „jeszcze kilka kilometrów” może zamienić stosunkowo prostą awarię w remont silnika.
Porada garażowa: nie oceniaj płynu chłodniczego po kolorze
Kolor płynu chłodniczego nie jest wystarczającą informacją o jego rodzaju ani zgodności z konkretnym samochodem. Różne technologie płynów mogą mieć różne kolory, a producenci stosują własne oznaczenia. Nie należy więc mieszać płynów tylko dlatego, że „oba są czerwone” albo „oba są zielone”. Właściwy płyn należy dobrać zgodnie z wymaganiami producenta samochodu.
Podobnie z olejem. Sam napis „5W-30” nie wystarcza, aby stwierdzić, że olej będzie odpowiedni do każdego silnika wymagającego takiej lepkości. Liczą się również wymagane normy i specyfikacje producenta.
To ważna lekcja dla początkującego: w motoryzacji podobny wygląd produktu nie oznacza kompatybilności.
Samochód lekcji — Toyota GT86 / Subaru BRZ
Dzisiaj do naszej lekcji świetnie pasuje Toyota GT86 i jej bliźniacze Subaru BRZ. Ich czterocylindrowy, dwulitrowy silnik typu bokser jest ciekawym przykładem konstrukcji, w której rozmieszczenie cylindrów wpływa na charakter całego samochodu. Tłoki poruszają się w przeciwne strony, a silnik może być umieszczony nisko w komorze. Dzięki temu środek ciężkości samochodu znajduje się korzystnie nisko, co ma znaczenie dla prowadzenia.
Ale dla naszej dzisiejszej lekcji ważniejsze jest coś innego. Sportowy charakter samochodu oznacza, że układ smarowania i chłodzenia musi radzić sobie z warunkami znacznie trudniejszymi niż spokojna jazda po mieście. Wysokie obroty i długotrwałe obciążenie oznaczają więcej ciepła i większe wymagania wobec oleju oraz układu chłodzenia.
I właśnie dlatego samochód sportowy jest świetnym nauczycielem mechaniki. Pokazuje, że osiągi nie biorą się tylko z mocy. Jeżeli zwiększasz możliwości silnika, musisz jednocześnie zadbać o jego zdolność do odprowadzania ciepła i utrzymania właściwego smarowania.
Możesz mieć świetne tłoki, mocne korbowody i potężną turbosprężarkę, ale jeśli olej nie dociera tam, gdzie powinien, albo układ chłodzenia nie jest w stanie odebrać ciepła, cała ta moc może bardzo szybko stać się problemem.
Mini-recenzja mechaniczna GT86
GT86 jest fascynującym samochodem właśnie dlatego, że pokazuje, jak ważny jest cały układ, a nie pojedynczy parametr. Dwulitrowy silnik, napęd na tył, nisko położony środek ciężkości i stosunkowo niewielka masa tworzą samochód, który może dostarczać dużo emocji bez absurdalnej mocy.
Jako narzędzie do nauki mechaniki jest świetny, bo pozwala zrozumieć zależność między silnikiem, temperaturą, smarowaniem, masą i prowadzeniem. Pokazuje też coś jeszcze: im bardziej wymagamy od maszyny, tym ważniejsze stają się systemy, które utrzymują ją przy życiu.
Właśnie dlatego w profesjonalnym sporcie samochodowym chłodzenie i smarowanie są równie ważne jak sama moc silnika.
Jedna rzecz, którą możesz zrobić już dzisiaj
Następnym razem, kiedy będziesz przy swoim samochodzie, sprawdź poziom oleju zgodnie z instrukcją producenta i przyjrzyj się zbiorniczkowi płynu chłodniczego. Nie odkręcaj niczego na gorącym silniku i nie dolewaj przypadkowych płynów. Po prostu naucz się rozpoznawać, gdzie znajdują się podstawowe elementy.
Jeżeli samochód ma bagnet oleju, wyjmij go zgodnie z procedurą producenta i zobacz, gdzie znajduje się poziom względem oznaczeń minimum i maksimum. To może być pierwszy moment, kiedy świadomie wykonasz czynność mechanika, a nie tylko kierowcy.
Pamiętaj również o jednej ważnej rzeczy: poziom oleju powinien być odpowiedni, ale „więcej” nie znaczy „lepiej”. Zarówno zbyt niski, jak i nadmiernie wysoki poziom może być problemem. Dlatego zawsze kieruj się wymaganiami konkretnego silnika.
Po trzech lekcjach zaczynamy już widzieć prawdziwy obraz silnika. W pierwszej zobaczyliśmy, jak spalanie zamienia energię w ruch. W drugiej poznaliśmy tłok, pierścienie, korbowód i wał korbowy. Teraz wiemy, jak te elementy mogą przeżyć tysiące godzin pracy bez natychmiastowego zniszczenia.
Ale pozostaje jeszcze jedno pytanie.
Skoro silnik musi oddychać, a spalanie potrzebuje powietrza, to co by się stało, gdybyśmy zaczęli wciskać do niego znacznie więcej powietrza niż konstruktor przewidział?
Właśnie wtedy do historii wkracza jeden z najbardziej fascynujących wynalazków motoryzacji.
Turbosprężarka.
Dodaj komentarz