Kadłub
Kadłub (rys. 4.3) jest częścią wiążącą wszystkie elementy i osprzęt silnika w jeden zespół. Kadłub jest najbardziej skomplikowaną, największą i najcięższą częścią silnika. Wewnątrz kadłuba silnika znajdują się cylindry, układ korbowy oraz mechanizmy i elementy osprzętu. Z zewnątrz natomiast zamocowane są pozostałe mechanizmy oraz elementy instalacji, osprzętu i zawieszenia silnika. Kadłub silnika wie-locylindrowego składa się zasadniczo z dwóch członów konstrukcyjnych: bloku cylindrów 10 i skrzyni korbowej 9 (rys. 4.2).
Blok cylindrów stanowi górną część kadłuba, składającą się z cylindrów i płaszcza wodnego, ograniczonego od góry i od dołu górną i dolną płytą kadłuba. Cylindry mogą być wykonane jako rozwier-cone przelotowe otwory w materiale bloku lub jako wstawiane tuleje cylindrów. W silnikach chłodzonych powietrzem najczęściej nie ma bloku cylindrów, gdyż oddzielne cylindry są zamocowane bezpośrednio do skrzyni korbowej.
Skrzynia korbowa stanowi dolną część kadłuba, w której mieści się wał korbowy. Górna część skrzyni korbowej wykonywana jest zwykle jako całość z blokiem cylindrów i służy do zamocowania silnika w nadwoziu lub do ramy. Dolna część zamknięta jest odejmowaną miską olejową.
Niekiedy stosowane są kadłuby członowe, w których blok lub bloki cylindrów połączone są ze skrzynią korbową za pomocą śrub. Takie rozwiązanie umożliwia wykonanie bloku cylindrów i skrzyni korbowej z różnych materiałów. Oddzielne bloki cylindrów spotyka się
w specjalnych konstrukcjach silników o zapłonie elektrycznym oraz w silnikach chłodzonych powietrzem.
Skrzynia korbowa służąca do osadzenia wału korbowego ma kształt zależny od mechanizmu korbowego silnika. Płaszczyzna podziału skrzyni korbowej może przechodzić przez oś wału lub poniżej tej osi. Zaletą pierwszego rozwiązania jest łatwiejsza obróbka mechaniczna, drugiego — bardziej sztywna konstrukcja. Największą sztywność i możliwie najmniejszy ciężar uzyskuje się za pomocą poprzecznych, użebro-wanych przegród. Liczba poprzecznych ścian skrzyni korbowej odpowiada liczbie łożysk głównych wału korbowego.
W celu uniknięcia wahań ciśnienia powietrza skrzynia korbowa jest odpowietrzana. Najczęściej wlew oleju służy jednocześnie do odpowietrzania.
Dolna część skrzyni korbowej (miska olejowa) wykonana jest zazwyczaj z blachy o grubości od 1 do 2 mm. Spotyka się również miski olejowe odlane z żeliwa lub stopów lekkich. Miski odlewane mają na zewnętrznej stronie żebra w celu lepszego chłodzenia oleju.
Kadłub silnika powinien być sztywny, w celu zapewnienia prawidłowych warunków współpracy czopów głównych wału korbowego i ich łożysk. W przypadku gdy cylindry wywiercone są bezpośrednio w bloku cylindrów, materiał powinien odznaczać się dostateczną odpornością na zużycie gładzi cylindrów oraz odpowiadać warunkom dobrej współpracy z tłokami. Bardzo istotne znaczenie ma również sztywność górnej płyty bloku cylindrów, zapewniająca utrzymanie szczelności w miejscach styku z głowicą. Szczegóły konstrukcji kadłuba zależą od układu cylindrów, rodzaju rozrządu silnika, miejsca wbudowania wału rozrządu i sposobu jego napędu.
Płaszcz wodny tworzy wolną przestrzeń zamkniętą, otaczającą cylindry. Płaszcz wodny w większości silników sięga na dole co najmniej do poziomu denka tłoka w jego dolnym położeniu. W górnej płycie bloku cylindrów znajdują się otwory łączące przestrzenie wodne kadłuba i głowicy. Grubość płaszcza wodnego waha się w granicach od 10 do 30 mm, w zależności od wielkości silnika.
W najniższym miejscu płaszcza wodnego jest osadzony kurek do spuszczania wody, a w silnikach, które nie mają kurków, powinien być w najniższym poziomie w płaszczu wodnym otwór łączący go z chłodnicą, przez który będzie ściekać woda do chłodnicy.
W kadłubach silników chłodzonych cieczą sprawą bardzo istotną jest, aby ciecz chłodziła tuleje cylindrów na możliwie największej powierzchni. W przestrzeni wodnej kadłuba nie może być miejsc utrudniających przepływ cieczy, gdyż w przeciwnym razie prowadzi to do powstawania korków parowych lub powietrznych, a w konsekwencji do pęknięcia lub deformacji kadłuba. W celu uniknięcia odkształceń tulei cylindrów bardzo istotne jest również symetryczne rozłożenie materiału kadłuba wokół tulei.
Kadłuby silników chłodzonych powietrzem mają budowę odmienną od kadłubów silników chłodzonych cieczą. Kadłub, często dzielony, stanowi w zasadzie skrzynię korbową, w której umieszczone są oddzielne użebrowane cylindry. Wynika to z konieczności dobrego omywania cylindrów powietrzem. Wał rozrządu z reguły umieszczony jest w kadłubie silnika chłodzonego powietrzem.
Silniki chłodzone powietrzem bardzo często budowane są w układzie boxer (rys. 4.4). Z reguły kadłuby tych silników są dzielone na osi wału korbowego, natomiast głowica jest wspólna dla dwóch sąsiednich cylindrów. Podział kadłuba oraz wyodrębnienie użebrowanych cylindrów pokazano na przykładzie silnika VW 1200.
Kadłuby silników wykonywane są jako odlewy. Najczęściej stosowanym materiałem jest żeliwo. Aby zapobiec deformacji kadłubów, do żeliwa dodaje się ok. 0,5°/o chromu, gdyż przy produkcji masowej nie ma czasu nie tylko na naturalne, lecz i na sztuczne starzenie odlewów.
Kadłuby z wstawianymi lub wciskanymi tulejami odlewa się z żeliwa o niewielkiej zawartości chromu lub z żeliwa nieskostopowego o zawartości ok. 0,5%» chromu i 0,3% niklu. Żeliwo stopowe o takiej samej zawartości chromu, lecz trzykrotnie większej zawartości niklu stosuje się na kadłuby z odlewanymi tulejami cylindrów.
W dążeniu do zmniejszenia ogólnego ciężaru samochodu, polepszenia jego charakterystyki technicznej i zmniejszenia stosunku ciężaru silnika do jego mocy coraz szerzej zaczynają być produkowane kadłuby mało- i średniolitrażowych silników ze stopów lekkich na osnowie aluminium i magnezu. Zastosowanie stopów aluminium na kadłuby silników ma następujące zalety:
mały ciężar właściwy umożliwia obniżenie ciężaru całkowitego silnika;
dobre przewodnictwo cieplne umożliwia zmniejszenie zakresu temperatur w różnych strefach silnika i dzięki temu uniknięcie jego odkształceń oraz przegrzewanie się oleju;
lepsze odprowadzanie ciepła od ścianek cylindrów umożliwia uproszczenie układu chłodzenia i podwyższenie stopnia sprężania, co z kolei prowadzi do polepszenia wskaźników technicznych i ekonomicznych silnika;
dobre własności lejne umożliwiają otrzymanie skomplikowanych odlewów cienkościennych (3 -f- 4 mm) o dokładnych wymiarach, małych naddatkach na obróbkę i gotowych otworach;
dobra obrabialność i duża dokładność odlewów umożliwiają zwiększenie szybkości skrawania i ogólne zmniejszenie obróbki mechanicznej.
Najczęściej kadłuby ze stopów lekkich odlewane są pod wysokim ciśnieniem. Niektóre firmy opanowały również technologię odlewania pod niskim ciśnieniem w kokilach chłodzonych wodą.
W niektórych wytwórniach czynione' są próby odlewania kadłubów bimetalowych. Wstępnie obrobione i podgrzane do temperatury
350 ~ 400°C tuleje żeliwne zalewane są stopem aluminium pod wysokim ciśnieniem lub w kokilach. Stosowano zarówno tuleje suche, jak i mokre, stykające się bezpośrednio z cieczą chłodzącą. Metoda ta jednak daje najlepsze rezultaty w zastosowaniu do kadłubów silników chłodzonych powietrzem. Dobre przewodnictwo cieplne stopu aluminium znacznie ułatwia odprowadzanie ciepła do atmosfery przez użebrowaną powierzchnię kadłuba.
W USA stosowany jest m. in. na kadłuby stop o następującym składzie: 10,5 -f- 12,0% Si, 3,0 -ł- 4,5% Cu, 1,3 % Fe, 0,5% Mn, 0,1% Mg, 0,5% Ni, 1,0% Zn, 0,35% Sn, pozostały % Al. W ZSRR zalecany jest stop o następującym składzie: 7,5 -f- 9,0% Al, 0,2 -f--4- 0,8% Zn, 0,15 -4- 0,5% Mn, 0,002% Be, 0,1% Cu, pozostały % Mg.