PZM – Motoryzacja

Zagadnienie

Ponadto należy podkreślić, że w silnikach o małej objętości skokowej (np. 50 cm3) trudno jest ze względów konstrukcyjnych uzyskać małe wartości 3, a chcąc osiągnąć w takich przypadkach duże wskaźniki mocy należy stosować duże czasoprzekroje okien: dolotowych, przelotowych i wylotowych. Na przykład silnik firmy Gräf-Stift, wyposażony w prosty układ regulacji (drogą upustu części powietrza ze strony tłocznej dmuchawy na ssawną) i zamontowany w autobusie pracującym w ruchu miejskim, osiągnął 17% oszczędności w zużyciu paliwa. Dobór elementów nastawczych układu regulacji i charakterystyki więzów łączących te elementy musi odbywać się na drodze eksperymentalnej. Osobne zagadnienie – dotąd nie rozwiązane w całości – to problem wyboru kryteriów optymalności takiej regulacji. Konwertor pulsacji odpowiadający schematowi ma znaczną długość, co utrudnia jego zastosowanie we współczesnych silnikach charakteryzujących się zwartą budową. Na rysunku u Niewiarowskiego pokazano zbadane w wytwórni Sulzer układy, jakie zastosowano w ośmiocylindrowym silniku rzędowym używanym.

Zależności

Im mniejsze jest konieczne ciśnienie doładowania i mniejszy jest wydatek powietrza przy właściwym przebiegu procesu wymiany ładunku, tym łatwiej jest zrealizować doładowanie systemem pulsacyjnym. W celu uzyskania możliwie dużej energii spalin i tym samym zwiększenia mocy turbiny należy ponadto zwiększyć wyprzedzenie otwarcia okien wylotowych. Gwałtowny wypływ spalin podczas wylotu wstępnego powoduje w ciasnym układzie wylotowym pulsacyjnego systemu doładowania chwilowy wzrost ciśnienia dochodzący przy pełnym obciążeniu do 0,15-H -T- 0,2 MPa. Spaliny te powinny możliwie szybko odpłynąć przez turbinę, aby do chwili otwarcia okien dolotowych ciśnienie za oknami wylotowymi zmalało do ciśnienia doładowania lub jeszcze bardziej, co umożliwi przepłukanie cylindra. W przeciwnym przypadku nastąpi „uderzenie” spalin do układu wlotowego. W typowych przypadkach – zwyczajne zwiększenie wymaganej mocy silnika do 2214-250 kW, podczas gdy w latach 1961-63 zachodnioniemieckie silniki-bez doładowania do samochodów ciężarowych o masie całkowitej 32 t miały najczęściej moc 154 kW.

Kilka słów o turbinie

Przekroju turbiny nie można dowolnie zwiększać, ponieważ jest to związane z niepełnym wykorzystaniem pulsacji ciśnienia. A więc musi istnieć duży czasoprzekrój wylotu wstępnego (tj. czasoprzekrój liczony do chwili otwarcia okien dolotowych, aby wzrost ciśnienia nastąpił możliwie szybko, a oprócz tego niezbędny jest dostateczny odstęp czasu między otwarciem okien wylotowych i dolotowych, aby fala spalin o zwiększonym ciśnieniu zdążyła przejść przez turbinę. W wolnoobrotowych silnikach potrzeba do tego 25 -=-28° obrotu korby. Ostatecznie wyprzedzenie dobiera się drogą doświadczalną. Pod tym względem korzystniejsze są silniki o przepłukaniu wzdłużnym, zwłaszcza zaworowe. Oczywiście moc turbiny wzrasta kosztem straty pola wykresu indykatorowego, co pociąga za sobą pewne zwiększenie zużycia paliwa. W silnikach z przepłukaniem zwrotnym i poprzecznym, najczęściej ze względów konstrukcyjnych nie jest możliwe tak wczesne otwarcie wylotu. Występujący wówczas niedobór mocy turbiny wyrównuje się za pomocą dodatkowej dmuchawy.

Konwertory pulsacji

Wykorzystanie energii spalin w układzie doładowania turbosprężarką zależy głównie od dwóch czynników: wielkości strat energii występujących podczas przepływu spalin od cylindra do turbiny; sprawności turbiny, na którą decydujący wpływ ma sposób jej zasilania. Z poprzednich rozważań wynika, że system stałego ciśnienia umożliwia wprawdzie uzyskanie większych sprawności turbiny, lecz charakteryzuje się znacznymi stratami energii spalin. W systemie pulsacyjnym natomiast małe straty energii spalin są okupione mniejszą sprawnością turbiny, co wynika z niepełnego okresowego jej zasilania. W wyniku dążenia do połączenia zalet obu systemów doładowania powstał układ doładowania zwany konwertorem pulsacji1′, w którym energia pulsacji ciśnienia jest wykorzystywana do zwiększania prędkości spalin, a prędkość ta po odpowiednim przekształceniu umożliwia odzyskanie energii w postaci ciśnienia. Przewody wylotowe 1 dwóch cylindrów, dla których odstęp między zapłonami jest mniejszy od czasu otwarcia ich zaworów wylotowych, są doprowadzone przez dysze 2 do wspólnego przewodu 3, łączącego się poprzez dyfuzor 4 ze zbiornikiem wyrównawczym 5 umieszczonym bezpośrednio przed wlotem do turbiny 6.

Ciśnienie

Fala ciśnienia wywołana wylotem z cylindra I przemieszcza się wzdłuż przewodu wylotowego i dochodzi do dyszy, w której energia ciśnienia zostaje zamieniona na energię kinetyczną i powoduje przyspieszenie ruchu spalin wypływających z cylindra 77 (w którym wylot rozpoczął się wcześniej). W ten sposób uzyskuje się w przewodzie 3 wyrównanie prędkości przepływu spalin. W dyfuzorze następuje przemiana energii kinetycznej na ciśnienie. Im więcej cylindrów jest podłączonych do tego samego konwertora pulsacji, tym bardziej stałe jest ciśnienie za dyfuzorem, a cały układ zbliża się do systemu stałego ciśnienia, a jednocześnie przejmuje wady charakterystyczne dla tego systemu. Na przykład celowe jest zastosowanie konwertora pulsacji w silnikach czterosuwowych o odstępie zapłonów mniejszym niż 240°, dzięki czemu można znacznie poprawić zasilanie turbiny w silnikach 5, 8- i 10-cy-lindrowych, a także uzyskać większe ciśnienie doładowania i lepsze przepłukanie cylindrów – a o to przecież także chodzi.

Wzmocnienie wału korbowego

Jednak przez wzmocnienie i odpowiednie wymiarowanie wału korbowego, łożysk, głowic, ściągów, trzonów tłokowych i korbowodów oraz wprowadzenie po wnikliwych studiach konstrukcyjnych specjalnych rozwiązań tłoków nie dopuszczono do przekroczenia naprężeń uznawanych jako dopuszczalne w typowych silnikach. Podane poprzednio założenia wysokiego doładowania MAN, zastosowane w pierwszych silnikach tego rodzaju, umożliwiały uzyskanie wyjątkowo małego zużycia paliwa. Późniejszy rozwój związany z dalszym powiększaniem pe (dla uzyskania jak najmniejszego obrysu silnika) skłonił konstruktorów wspomnianej wytwórni do wprowadzania większego współotwarcia zaworów, umożliwiającego zmniejszenie obciążeń cieplnych kosztem pewnego wzrostu zużycia paliwa. Ponadto w dążeniu do uzyskania możliwie dużych wartości pe przy danym największym ciśnieniu spalania (uwarunkowanym względami konstrukcyjnymi oraz przepisami towarzystw klasyfikacyjnych) przyjęto oczywiście ciśnienia doładowania nie tak duże jak początkowo.

Wybór systemu

Przykładem silnika opracowanego w oparciu o te zmodyfikowane założenia jest silnik W52/55 (D/S = 520/550 mm) o mocy z cylindra 740 kW. Zastanawiając się nad wyborem systemu doładowania do wysokodoładowanego silnika czterosuwowego, należy wziąć pod uwagę, że przy współczesnych sprawnościach turbosprężarek rzędu 0,6 czterosuwowy silnik doładowany systemem stałego ciśnienia góruje nad silnikiem doładowanym systemem pulsacyjnym z częściowym zasilaniem przy obciążeniach przekraczających 1,75 MPa. Przy doładowaniu pulsacyjnym i pełnym zasilaniu (zgrupowanie wylotów z trzech cylindrów) punkt, w którym system przy stałym ciśnieniu jest korzystniejszy, znajduje się powyżej wartości pe = 2,1 MPa. Ponadto należy uwzględnić fakt, że doładowanie systemem stałego ciśnienia powoduje gorszą pracę przy obciążeniach częściowych i gorszą zdolność do przyspieszania silnika. A więc system ten jest niedogodny w takich warunkach eksploatacji, w których wymaga się dobrej reakcji silnika przy nagłych zmianach obciążenia albo żąda się długich okresów pracy na obciążeniach częściowych.

Zasadnicze parametry dmuchawy

Pierwszej z wymienionych metod po wprowadzeniu innych sposobów doładowania całkowicie zaniechano w nowych konstrukcjach, a druga metoda jest jeszcze wykorzystywana w niektórych silnikach doładowanych systemem stałego ciśnienia, w celu dodatkowego sprężenia powietrza płynącego z turbosprężarki do cylindra. Podczas doboru lub obliczania dmuchaw ładujących konieczna jest znajomość następujących zasadniczych parametrów dmuchaw: sprężu, wydatku, sprawności adiabatycznej, sprawności objętościowej i zapotrzebowania mocy. Najbardziej pełną ocenę właściwości roboczych dmuchawy uzyskuje się podając jej charakterystykę wykreślną. Spręż – Stopień przyrostu ciśnienia zwany krótko sprężem określa się stosunkiem ciśnienia p2, jakie czynnik uzyskuje po przejściu przez dmuchawę, do ciśnienia początkowego pt.Wartość ciśnienia p2 wyznacza się na podstawie przyjętego dla silnika ciśnienia ładowania pp z uwzględnieniem oporów na drodze przepływu od dmuchawy do okien w cylindrze. Nie jest to bardzo skomplikowane.

Wydatek

Ciśnienie px może być w wielu przypadkach równe ciśnieniu otoczenia, a przy większym oporze na ssaniu przyjmowaną wartość TCs należy odpowiednio powiększyć, przy czym istotne znaczenie mają opory filtru powietrza (w znamionowych warunkach pracy opory filtru A/>s = 0,5-2,5 kPa). Potrzebny wydatek dmuchawy odniesiony do warunków otoczenia wyznacza się z ilości powietrza zapotrzebowanego przez silnik, którą można obliczyć z wzoru: VP = [m3/s], gdzie: Vss – objętość skokowa silnika w m3, n -prędkość obrotowa silnika w obr/min, E – współczynnik ilości czynnika przepłukującego. Sprawność adiabatyczna jest to stosunek adiabatycznej pracy sprężał ia Had jednego kilograma czynnika do rzeczywiście potrzebnej pracy sprężania H przy zachowaniu w obu przypadkach tego samego sprężu. Adiabatyczna praca sprężania, zwana też adiabatyczną wysokością tłoczenia, jest określona następującą zależnością, gdzie: k – wykładnik adiabaty (dla powietrza k = 1,4), R – stała gazowa (dla powietrza R = 287 N m/(kg K)), rŁ – temperatura powietrza na wlocie do dmuchawy.

Wartości optymalne

Osiągane wartości optymalne sprawności adiabatycznej dla dmuchaw Roots zawierają się w granicach od 0,5 do 0,75, przy czym większe wartości odpowiadają dmuchawom o większym wydatku. Dla dmuchaw promieniowych y\ai = 0,65 -r -0,75. W dmuchawach promieniowych – podobnie jak w innych maszynach przepływowych – zamiast sprawności adiabatycznej wprowadza się bardziej dla nich właściwe pojęcie sprawności izentropowej stanowiącej stosunek izentropowej pracy sprężania1′ do rzeczywiście potrzebnej pracy sprężania – z zachowaniem w obu przypadkach takiego samego sprężu. Jednak w praktyce przeważnie stosuje się sprawność adiabatyczną, co do której istnieje dużo danych doświadczalnych. Izentropową pracę sprężania oblicza się oczywiście podobnie jak Had podstawiając w miejsce wykładnika adiabaty wykładnik izentropy. W sprężarkach tłokowych stosuje się pojęcie sprawności izotermicznej (odniesionej do sprężania w stałej temperaturze). Sprawność ta w dobrze skonstruowanych sprężarkach tłokowych wynosi 0,72- – 0,78.

Kolejne wady

Inną jeszcze wadą dmuchawy promieniowej jest szybki spadek ciśnienia tłoczenia ze zmniejszeniem prędkości obrotowej wirnika. Wprawdzie przy mniejszej prędkości obrotowej silnika dłuższy czas otwarcia okien (a tym samym i większy ich czasoprzekrój mierzony w m2 s) ułatwia przepłukanie cylindra przy zmniejszonym ciśnieniu ładowania, jednak pogarsza to w istotny sposób przebieg krzywej pe oraz MB. W silniku nawrotnym dmuchawa promieniowa, dobrana do jego normalnej pracy, ma podczas biegu wstecznego znacznie mniejszą sprawność. W wielu przypadkach można się jednak z tym pogodzić, ponieważ śruba napędowa obracająca się w kierunku odwrotnym i tak nie pobiera pełnej mocy silnika. Ze względu na omówione właściwości dmuchawy promieniowe nadają się do ładowania silników z zapłonem samoczynnym średniej i dużej mocy. Jednak szerokie stosowanie w zakresie dużych mocy doładowania przy użyciu turbosprężarek i coraz szersze ich rozpowszechnianie w mniejszych silnikach ogranicza obecnie stosowanie dmuchaw promieniowych (napędzanych od wału korbowego) do niezbyt licznych silników dwusuwowych średniej mocy.

Dmuchawa tłokowa

Dmuchawy takie, po niezbyt udanym zastosowaniu w dawnych silnikach DKW i innych, zostały całkowicie zastąpione w dwusuwowych silnikach gaźnikowych wstępnym sprężaniem mieszanki w skrzyni korbowej. Próby użycia dmuchaw tłokowych w szybkoobrotowych silnikach z zapłonem samoczynnym (np. NORMAG) nie znalazły naśladowców, ponieważ wprowadzenie takich dmuchaw w celu uzyskania nadciśnienia w granicach kilku setnych megapaskala pociąga za sobą niewspółmiernie duże skomplikowanie konstrukcji silnika oraz znaczny wzrost jego masy i gabarytu. Szersze zastosowanie znalazły natomiast dmuchawy tłokowe w wolnoobrotowych silnikach dwusuwowych (n < 250 obr/min). W tych silnikach może być zastosowana jedna duża dmuchawa umieszczona w osi podłużnej silnika i napędzana od specjalnego wykorbienia wału korbowego lub też większa liczba małych dmuchaw zabudowanych na bocznej stronie silnika i napędzanych od wodzików za pomocą odpowiednich ramion. Przy takim zabudowaniu dmuchawy, gdy powietrze jest tłoczone wprost do przelotni, przyjmuje się p2 – pp.

Wybór dmuchawy ładującej

Do ładowania silników dwusuwowych stosowane są dmuchawy: Roots, promieniowe i tłokowe oraz skrzynie korbowe (wraz z dolną stroną tłoka) przystosowane do wstępnego sprężania ładunku (silniki ze sprężaniem wstępnym w skrzyni korbowej omówiono dalej). Pewien spadek wydatku dmuchawy przy małych prędkościach obrotowych i dużych ciśnieniach jest wywołany zwiększonym uchodzeniem czynnika przez luzy między wirnikami oraz między obudową i każdym z wirników. Przy małych n dmuchawa taka dostarcza więc na każdy obieg prawie tyle powietrza co przy dużych n, a więc w razie zastosowania pompy wtryskowej o odpowiedniej charakterystyce silnik może rozwijać stosunkowo duży moment obrotowy (większy stopień elastyczności silnika). Jako dalsze zalety dmuchawy Roots należy wymienić prostotę konstrukcji, dużą trwałość i mały wpływ wielkości dmuchawy na jej sprawność. Przeciętne zapotrzebowanie powietrza przez silnik dwusuwowy wynosi 6,8 -f-11 m3/(kW>h) i dlatego zastosowanie dmuchawy promieniowej staje się ekonomiczne wtedy, gdy użyteczna moc silnika wynosi co najmniej 90-”-150 kW.

Wady dmuchawy

Do wad dmuchawy Roots natomiast trzeba zaliczyć trudności dokładnej obróbki skomplikowanego zarysu wirnika oraz występowanie optymalnej sprawności w stosunkowo wąskim zakresie zmian prędkości obrotowej. Pomimo wymienionych wad dmuchawy Roots są stosunkowo najczęściej stosowane jako osprzęt dwusuwowych silników średnio- i szybkoobrotowych (zwłaszcza trakcyjnych) małej, a częściowo również średniej mocy. Dmuchawa promieniowa odznacza się szczególną prostotą budowy, lekkością i zwartością oraz łatwością wytwarzania dużego ciśnienia ładowania. Jednak ze względu na konieczność zapewnienia dużej prędkości obrotowej wirnika dmuchawy promieniowej (w celu uzyskania odpowiedniej prędkości obwodowej wirnika), wymagana jest przekładnia o przełożeniu kilkakrotnie większym niż w razie stosowania dmuchawy Roots, co zwiększa straty przeniesienia napędu. W trakcie wyboru typu dmuchawy bardzo istotną rolę odgrywa również fakt, że dmuchawa promieniowa osiąga zadowalającą sprawność dopiero przy wydatkach powyżej 1000 m3/h.

Krzywe stałych

Krzywe stałych ge nanosi się na podstawie wartości uzyskiwanych z odpowiedniej liczby uprzednio sporządzonych charakterystyk obciążeniowych (opisanych dalej) dla różnych prędkości obrotowych silnika w zakresie od wartości najmniejszej do wartości znamionowej. Hiperbole stałej mocy użytecznej wyznacza się dla silników czterosuwowych z wzoru: przy czym dla silników dwusuwowych zamiast T = 2 podstawia się T = 1. Przyjmując dla danej krzywej określoną wartość Ne podstawia się do wzoru kolejno szereg wartości n i oblicza się odpowiadające im wartości pe. Jeżeli charakterystyka ogólna ma służyć do porównywania właściwości badanego silnika z właściwościami innych silników, to wówczas na wykresie zamiast krzywych stałej mocy nanosi się krzywe stałego objętościowego wskaźnika mocy, czyli mocy przypadającej na dm3 objętości skokowej silnika (w podanym wzorze podstawia się Vss = 1). Charakterystyka ogólna stanowi niejako plastyczną mapę, na której wyraźnie występują obszary ekonomicznej pracy silnika, co pozwala na łatwą analizę właściwości roboczych silnika w całym możliwym obszarze jego pracy.

Potrzeby charakterystyki

Zależnie od potrzeb charakterystyki ogólne są uzupełniane jeszcze innymi krzywymi. Charakterystyka biegu jałowego przedstawia wykreślnie zależność godzinowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej silnika podczas pracy na biegu jałowym. Charakterystyka biegu jałowego służy do oceny pracy silnika na biegu jałowym, a sporządzenie takich charakterystyk dla różnych regulacji układu zasilania umożliwia uzyskanie najekonomiczniejszej regulacji z zachowaniem statecznej pracy silnika. Charakterystyka śrubowa przedstawia wykreślnie zależność wybranych wskaźników pracy silników okrętowych od ich prędkości obrotowej przy jednoczesnej zmianie obciążenia uwarunkowanej poborem mocy przez śrubę napędową. Charakterystyka śrubowa zawiera na ogół krzywe: godzinowego Ge i jednostkowego ge zużycia paliwa, średniego ciśnienia użytecznego pe, sprawności mechanicznej v\m oraz obliczoną krzywą poboru mocy użytecznej Ne. Praca silnika jest tym stateczniejsza, im bardziej stroma staje się krzywa M0 = f(ń) w miarę zmniejszania się prędkości obrotowej.

Charakterystyka śrubowa

Często na charakterystyce śrubowej są naniesione również inne krzywe na przykład: najwyższego ciśnienia spalania p_max> temperatury spalin tsp (jest to temperatura mierzona w przewodzie zbiorczym), ciśnienia ładowania pp, średniego ciśnienia indykowanego pi oraz innych wskaźników pracy silnika. Podczas zdejmowania charakterystyki śrubowej silnika okrętowego na stanowisku pomiarowym w hamowni wyznaczanie prędkości obrotowych dla poszczególnych obciążeń opiera się na założeniu, że moc pobierana przez śrubę okrętową zmienia się według paraboli trzeciego stopnia: Ne= C-n3[kW], gdzie stała C jest uzależniona od parametrów konstrukcyjnych śruby, prędkości statku i jego zanurzenia. Opierając się na wartościach znamionowych mocy użytecznej i prędkości obrotowej oraz na podanym równaniu, otrzymuje się dla charakterystyki śrubowej wzajemne relacje wartości Ne i n. Nowy silnik należy dostosować do stawianych mu wymagań dotyczących elastyczności i innych właściwości roboczych już podczas projektowania oraz w trakcie badań prototypu.

Wymiana filtrów
Bardzo ważne jest, aby nie lekceważyć tych drobnych części jakimi są wszelkiego rodzaju filtry. Od ich dobrego stanu zależy bardzo wiele rzeczy. Zapewniają one lepszą pracę naszego silnika i dbają o jego jak największą czystość zwiększając tym samym jego ogólną żywotność. Filtry te odgrywają również ogromną rolę w ochronie naszego środowiska naturalnego, czyli między innymi zapewniają zdrowsze życie nam wszystkim. Oczyszczając spaliny powodują mniejszą emisję szkodliwych gazów do atmosfery. Chyba nikt z nas nie chce żyć w miastach z duszącym smogiem, a większość używa samochodów. Dlatego należy dbać również i o te filtry. Ostatnie rodzaje filtrów zapewniają nam samym lepszy komfort jazdy. Oczyszczają powietrze wpadające do kabiny z wszelkiego rodzaju kurzu i zanieczyszczeń. Osuszają je, dzięki czemu szyby w samochodzie nie parują się, powodując w ten sposób większe bezpieczeństwo kierowania samochodem. Każde auto posiada książeczkę, na której dokładnie wyszczególnione jest kiedy i jaki filtr należy wymienić. Nigdy nie powinniśmy o tym zapominać. Należy trzymać się ściśle zaleceń producenta samochodu.

Katalizator
Katalizatory montowane są w układzie wydechowym zazwyczaj dość blisko kolektora wydechowego. Katalizatory są montowane ze względu na coraz bardziej restrykcyjne prawo dotyczące czystości spalin samochodowych. Ich podstawowym zadaniem jest oczyszczanie spalin w celu zmniejszenia ilości szkodliwych składników, które się w nich znajdują. Początkowo na układzie wydechowym montowano tylko jeden katalizator. Wystarczał on do tego, aby sprostać wymaganiom prawa. Stale rosnące normy doprowadziły jednak do tego, że zaczyna się montować w pojazdach układy kilku katalizatorów zamiast standardowego jednego. Katalizator do prawidłowej pracy potrzebuje optymalnych warunków, które dobierane są dzięki danym przekazywanym przez sondę lambda. Stąd tendencja do montażu sondy zarówno przez jak i za katalizatorem. Sam proces oczyszczania spalin odbywa się na zasadzie reakcji wszelkich substancji występujących w spalinach z katalizatorem. Zużyty katalizator to nie tylko zwiększona emisja szkodliwych gazów do atmosfery. To również zwiększenie się zużycia paliwa. Z tego względu bardzo ważne jest dbanie o nasz katalizator. Z reguły katalizator powinien przetrwać naprawdę wiele, jednak zdarza się że ulega on przedwczesnemu zużyciu. Wymiana katalizatora to niestety dość kosztowna operacja.

Zastosowanie ogniwa wodorowego w samochodach
Istnieje koncepcja naukowa, mówiąca, że samochody przyszłości będą czerpać energię z czystych reakcji orchemicznych. Prototypowe modele zasilane są prądem, wygenerowanym z wodoru. Zamiast silnika spalinowego są trzy zbiorniki z wodorem, silnik elektryczny i 400 ogniw paliwowych. Najważniejszą częścią układu jest platynowa płytka, przyspieszająca reakcję chemiczną. W zetknięciu z nią, wodór ze zbiornika wchodzi w reakcję z tlenem atmosferycznym, w wyniku czego powstaje nieszkodliwa para wodna i prąd o mocy 93 KW, który napędza silnik elektryczny. Technologia taka była stosowana do napędu i podtrzymania energii statków kosmicznych. Teraz, należy zaadoptować ją do potrzeb motoryzacji. Problemem była ogromna ilość potrzebnej platyny, która niestety należy do bardzo drogich metali. Rdzeń ogniwa pokrywa się warstwami, cieńszymi od ludzkiego włosa. Dzięki ograniczeniu ilości metalu szlachetnego, zmniejszy się koszty całego systemu. Cala instalacja mieści się już w typowym samochodzie. Nadal są to jeszcze drogie pojazdy, ale z pewnością jest to recepta na przyszłość.

Zasoby ropy naftowej
Jeśli transport będzie się rozwijał w takim tempie jak dotychczas, to za kilkadziesiąt lat zatruje cały świat. Na świecie jest blisko miliard samochodów z silnikami spalinowymi. Zdaniem naukowców, musimy jak najszybciej wprowadzić technologie, które umożliwią pozyskiwanie czystej energii, aby zapobiec dalszym zmianom klimatu. Problemem jest uzależnienie transportu od ropy naftowej, która zatruwa środowisko. Potrzebny jest dobry pomyśl, który pomoże zastąpić ropę, zanim jej złoża ulegną wyczerpaniu. Światowe zużycie ropy sięga obecnie 80 baryłek ropy dziennie. Za około 50 lat zasoby ropy będą już znacznie uboższe i jeśli nie znajdziemy zamiennika, samochody najnormalniej staną, bo nie będzie paliwa, które by je napędzało. Zwykły użytkownik nie zastanawia się tak naprawdę skąd bierze się paliwo. Jedzie na stację benzynową, tankuje, płaci i odjeżdża; jeszcze na razie tak jest, ale mogą nadejść dni, kiedy paliwo to będzie na wagę złota, a jego zdobycie graniczyć będzie niemalże z cudem. Ktoś pomyśli, że świat zwariował, ale naprawdę ropa nie jest surowcem, który odnawia się przez 20 czy 50 lat.

Ciężar właściwy

Tłok wraz ze sworzniem i pierścieniami stanowi największą z mas posuwisto-zwrotnych, które zwłaszcza przy dużych prędkościach obrotowych mają istotny wpływ na obciążenie łożysk i wymaganą wielkość przeciwciężarów, a tym samym i na masę całego silnika. Mały ciężar właściwy stopów aluminium zadecydował o szerokim ich zastosowaniu do wyrobu tłoków. Tłok żeliwny mimo cieńszych ścianek, na co pozwala duża wytrzymałość żeliwa w wysokich temperaturach, ma większą masę niż tłok ze stopu lekkiego. Na rysunku w książce Niewiarowskiego „Tłokowe silniki spalinowe” pokazano orientacyjną zależność mas tłoków od ich średnicy, uwarunkowaną zarówno ciężarem właściwym materiału, jak też i konstrukcją. Na wykresie tym naniesiono ponadto proste jednostkowej masy tłoka mt/D3 (m, – masa tłoka w kg, D – średnica cylindra w cm); jest to najlepszy wskaźnik masy do porównywania tłoków różnych wymiarów i kształtów. Wielkość D3 jest objętością walca V o średnicy D i długości równej całkowitej długości tłoka (co stanowi wartość średnią dla wielu tłoków).

Przewodność cieplna

Przewodność cieplna decyduje o temperaturze tłoka. Większemu współczynnikowi przewodności cieplnej odpowiadają niższe temperatury tłoka podczas pracy silnika. Między denkiem tłoka, a częścią prowadzącą występuje znaczny spadek temperatur, ponieważ pierścienie tłokowe odprowadzają na ścianki cylindra znaczną część ciepła przejmowanego przez denko. Rozszerzalność cieplna materiałów tłoka i cylindra ma istotny wpływ na luzy pomiędzy tymi elementami, przy czym należy uwzględnić cały zakres możliwych warunków pracy – od rozruchu silnika w niskiej temperaturze otoczenia aż do jego dopuszczalnego przeciążenia. Rozszerzalność cieplna stopów lekkich jest znacznie większa niż żeliwa. Stanowi to poważną wadę stopów lekkich, jednak przez odpowiednią konstrukcję tłoka niedogodność tę można w znacznym stopniu złagodzić, a nawet niemal całkowicie usunąć. Ścieralność stopów lekkich jest znacznie większa niż żeliwa. W stopach lekkich głównym składnikiem zmniejszającym ścieralność jest twardy krzem. Korzystny wpływ mają również małe dodatki miedzi, niklu i magnezu.