Choć silniki spalinowe odchodzą już w zapomnienie i pozostanie po nich jedynie nostalgia, cofniemy się dziś w przeszłość i zbadamy tę legendarną konstrukcję zainstalowaną w samochodzie Citroën 2CV. Pokażemy, dlaczego warto studiować ją na wydziale inżynieryjnym i jakie cechy uczyniły całość przykładem myśli projektowej. Porównamy też dany silnik z niemieckim rywalem i przekonamy się, który jest lepszy.
Źródło: Citroen 2CV engine modeled by Sahlia Med Nefaa https://grabcad.com/library/citroen-2cv-engine-1
Charakterystyka silnika Citroëna 2CV
Tak więc w 1949 roku powstał samochód Citroën 2CV z silnikiem o pojemności 375 centymetrów sześciennych, składający się z 2 cylindrów umieszczonych naprzeciwko. Jego części wykonano głównie ze stopu aluminium. Żeliwne cylindry z częstymi żebrami chłodzone były strumieniem powietrza z wentylatora połączonego z wałem korbowym.
Stopień sprężania całości był niezwykły — 6 do 1, skok tłoka był równy jego średnicy. Silnik mógł rozwijać 3500 obr./min, zapewniając moc 9 koni mechanicznych. Moment obrotowy wynosił zaledwie 20 niutonów na metr, ale wystarczył, aby uruchomić 500-kilogramowy samochód i rozpędzić go do 70 km na godzinę.
Porównanie silnika Citroëna 2CV i VW Garbusa
Silnik VW Garbusa z 1950 r., z którym konkurował wówczas 2CV, miał dwukrotnie większą liczbę cylindrów, jego pojemność stanowiła 1131 cm³, a stopień sprężania wynosił 5,6:1. Rozwinął moc 25 KM przy 3300 obr./min. Stosunek mocy na centymetr sześcienny jest w tym przypadku bardzo znikomy na korzyść Citroëna.
W Garbusie zastosowano klasyczną, prostą pompę zębatą oleju, natomiast w 2CV wykorzystano nowocześniejszą, rotacyjną, w której 4-zębowe koło zębate połączone jest bezpośrednio z wałkiem rozrządu i obraca się wewnątrz zewnętrznego wirnika z 5 zębami, dzięki czemu pojemność komory zmienia się i wytwarza nadciśnienie.
W porównaniu z pompą zębatą, rotacyjna pracuje ciszej, mniej wibruje i jest bardziej wydajna. Ta pierwsza nie jest jednak gorsza, bo jest prostsza w konstrukcji i tańsza. Obie pompy są łatwe w naprawie, ponieważ składają się tylko z 2 ruchomych części. Olej był zasysany rurką w skrzyni korbowej, unosił się rurą do pompy, a następnie pompowany był pod ciśnieniem do wałka rozrządu, a także przez kanały wału korbowego. W niektórych wersjach kanały olejowe znajdowały się także w korbowodach. Olej był dostarczany do wahaczy zaworów miedzianymi rurkami.
Aluminiowa chłodnica oleju znajdowała się bezpośrednio za wentylatorem i nie zasłaniała pozostałych cylindrów, jak to miało miejsce w VW Garbusie, gdzie ten trzeci miał późniejszy zapłon, aby skompensować nadmiar ciepła i możliwość detonacji.
Garbus natomiast posiadał wentylator odśrodkowy, zamontowany w dużym kanale, który kierował powietrze do cylindrów. Obudowa powoduje zmianę jego kierunku, ale zwiększa opór i zmniejsza wydajność. Wentylator osiowy kieruje powietrze bezpośrednio na cylindry i chłodnicę oleju. Nie miał przy sobie łańcucha ani paska.
Konstrukcja silnika spalinowego i wykorzystywana technologia
Napęd wałka rozrządu — koło zębate. Napęd zaworu z wałka rozrządu odbywał się za pomocą drążków z wahaczami. Szczelinę termiczną regulowano śrubami z nakrętkami na wahaczach. Zawory zostały zamontowane pod kątem, co znacznie poprawia przepływ powietrza, gdyż nie koliduje ono ze ściankami cylindra, a komora spalania ma półkulisty kształt, co zwiększa efektywność reakcji. Kolektor wydechowy został celowo skierowany do przodu. Zrobiono to tak, aby strumień z wentylatora był skoncentrowany w najgorętszej części, ciepłe powietrze kierowane było w stronę tyłu, ogrzewając dolot powietrza i zapewniając równomierną temperaturę w całym silniku.
Dolot gorącego paliwa zapobiega jego kondensacji na ściankach kolektora i przedostawaniu się do cylindra w postaci płynnej. Gwarantuje to lepsze wymieszanie z powietrzem i spalanie.
W rzeczywistości rury wydechowe również przechodziły przez gaźnik, aby go podgrzać. Chociaż dziś preferuje się zimne powietrze dolotowe, aby zwiększyć jego gęstość i poprawić moc, w tamtych czasach, gdy nie było elektronicznego wtrysku, musiało ono być podgrzewane. Uzupełnieniem półkulistej komory spalania był bardzo ciekawy tłok. Wykonano na nim nacięcia dla maksymalnego otwarcia zaworu, a prostopadle do niego — występy, aby zrekompensować spadek stopnia kompresji na skutek wgłębienia pośrodku.
Garbus i 2CV — porównanie zastosowanych rozwiązań
W Garbusie głowice bloków cylindrów wyposażono w bezpośrednie zawory, co czyniło produkcję tańszą i łatwiejszą, choć nieznacznie pogarszało tworzenie się mieszanki. Komora spalania była płaska. Rozwiązanie to pozwala ograniczyć detonację i jest tańsze w produkcji niż 2CV. W obu silnikach cylindry były wyjmowane, a gdy się zużyły, wystarczyło zawieźć je do sklepu i wymienić na prawidłowe części z nowymi tłokami.
Korbowody były całe, bez osłon i śrub. Jak je instalowali? Tutaj musimy wziąć pod uwagę najciekawszą rzecz — wał korbowy 2CV. Aby zainstalować korbowody, trzeba było je całkowicie zdemontować. Taką pracę można było wykonać w warunkach małego warsztatu.
Zasada działania silnika i jego modyfikacje
Tworzenie iskry kontrolowane było przez przerywacz z regulatorem odśrodkowym na przednim wałku rozrządu. Oznaczało to, że za każdym razem, gdy tłok osiągał górny punkt martwy, cewka zapalała iskrę w obu cylindrach, niezależnie od skoku. Innymi słowami: świeca dawała jedną pustą iskrę i dlatego służyła dwa razy rzadziej. Alternator miał napięcie 6V, później został zastąpiony takim na 12V.
Koło zamachowe było duże i ciężkie, aby utrzymać stabilny obrót silnika, ponieważ były tylko 2 cylindry. Na dwa obroty wału korbowego potrzebny był jeden skok tłoka. Odpowiednio w procesie nadmuchu i wydechu każdego cylindra moment obrotowy nie jest wytwarzany. Tylko bezwładność koła zamachowego wprawiała je w ruch. Spowodowało to utratę momentu obrotowego silnika. W czterocylindrowym silniku Garbusa na każdy obrót potrzebny był jeden skok tłoka wprawiającego w ruch koło zamachowe.
Za pomocą rączki, tej samej, która służyła do zmiany kół, można było uruchomić silnik, jeśli akumulator opadł.
Wreszcie w górnej części konstrukcji znajdziemy gaźnik, a także szyjkę, przez którą wlewano olej, jednocześnie posiadając zawór wentylacyjny. Należy pamiętać, że kiedy tłoki w skrzyni korbowej łączą się, jej pojemność maleje i to ciśnienie musi gdzieś zostać uwolnione. W przeciwnym razie pękną uszczelki i połączenia części silnika, rozpryskując wszędzie olej.
Później całość przeszła modyfikacje, a pojemność wzrosła do 425 centymetrów sześciennych, osiągając moc 18 koni mechanicznych.
Ewolucja silników Citroën 2CV oraz ich zastosowanie w różnych warunkach
Następna konstrukcja była na 602 cm³ o mocy 28 KM. Taki silnik mógł rozpędzić samochód do prędkości ponad 110 km/h.
2CV został opracowany do jazdy po wiejskich terenach Francji, gdzie nie było jeszcze dobrych dróg. Dzięki mechanicznemu zawieszeniu z wykorzystaniem amortyzatorów ciernych było to bardzo proste. Wycieki cieczy z amortyzatorów w zasadzie nie mogą występować ze względu na ich brak.
Pióra wycieraczek uruchamiane są poprzez mechanizm prędkościomierza. Im szybciej jechał samochód, tym prędzej się poruszały. Krótko mówiąc, automatyczna wycieraczka.
Reflektory regulowane były od wewnątrz za pomocą linki.
Garbus, choć miał dobre właściwości terenowe, został zaprojektowany z myślą o niemieckich autostradach. W rzeczywistości jego maksymalna prędkość była wyższa.
Podobnie jak Garbus miał modyfikację Safari, Citroën miał wersję Mehari z plastikowym nadwoziem.
Popularność Citroëna 2CV i ewolucja modelu
Furgonetka 2CV była również bardzo popularna w transporcie towarów. Nie możemy pominąć wersji Sahara, która posiada napęd 4x4 dzięki zamontowaniu drugiego silnika z tyłu. Znajdowały się tu 2 zbiorniki paliwa. Po jednym pod każdym siedzeniem dla każdego silnika. Elementy sterujące zostały zduplikowane, jedna dźwignia zmiany biegów i jeden pedał gazu faktycznie sterowały dwoma silnikami.
Tę wersję można łatwo rozpoznać po wentylatorze wychodzącym przez drzwi bagażnika i kole zapasowym na masce. Dopiero w Argentynie w 1967 roku, zgodnie z pomysłem działu marketingu, nazwę 2CV zmieniono na 3CV. Zrobiono to, aby podkreślić ewolucję modelu i fakt, że został on udoskonalony w porównaniu z latami poprzednimi. W pozostałej części świata nadal tytułowano go jako 2CV. W sumie produkcja tego samochodu zakończyła się w 1991 roku. Znajdował się on w obrocie przez ponad 40 lat i w tym czasie sprzedano około 5 milionów sztuk. Wyraźnie mniej niż Volkswagena Garbus czy Forda T. Jednak to wystarczy, aby pozostać w gronie najbardziej rozchwytywanych samochodów w historii.
Co ciekawe, taki silnik pozostaje popularny wśród osób zajmujących się amatorskim projektowaniem samolotów. Jest montowany w lekkich maszynach tego typu ze względu na doskonały stosunek mocy do masy. Na przykład Janowski użył go w swoim samolocie Don Quijote.
Źródło: Citroen 2CV engine modeled by Sahlia Med Nefaa https://grabcad.com/library/citroen-2cv-engine-1
Charakterystyka silnika Citroëna 2CV
Tak więc w 1949 roku powstał samochód Citroën 2CV z silnikiem o pojemności 375 centymetrów sześciennych, składający się z 2 cylindrów umieszczonych naprzeciwko. Jego części wykonano głównie ze stopu aluminium. Żeliwne cylindry z częstymi żebrami chłodzone były strumieniem powietrza z wentylatora połączonego z wałem korbowym.
Stopień sprężania całości był niezwykły — 6 do 1, skok tłoka był równy jego średnicy. Silnik mógł rozwijać 3500 obr./min, zapewniając moc 9 koni mechanicznych. Moment obrotowy wynosił zaledwie 20 niutonów na metr, ale wystarczył, aby uruchomić 500-kilogramowy samochód i rozpędzić go do 70 km na godzinę.
Porównanie silnika Citroëna 2CV i VW Garbusa
Silnik VW Garbusa z 1950 r., z którym konkurował wówczas 2CV, miał dwukrotnie większą liczbę cylindrów, jego pojemność stanowiła 1131 cm³, a stopień sprężania wynosił 5,6:1. Rozwinął moc 25 KM przy 3300 obr./min. Stosunek mocy na centymetr sześcienny jest w tym przypadku bardzo znikomy na korzyść Citroëna.
W Garbusie zastosowano klasyczną, prostą pompę zębatą oleju, natomiast w 2CV wykorzystano nowocześniejszą, rotacyjną, w której 4-zębowe koło zębate połączone jest bezpośrednio z wałkiem rozrządu i obraca się wewnątrz zewnętrznego wirnika z 5 zębami, dzięki czemu pojemność komory zmienia się i wytwarza nadciśnienie.
W porównaniu z pompą zębatą, rotacyjna pracuje ciszej, mniej wibruje i jest bardziej wydajna. Ta pierwsza nie jest jednak gorsza, bo jest prostsza w konstrukcji i tańsza. Obie pompy są łatwe w naprawie, ponieważ składają się tylko z 2 ruchomych części. Olej był zasysany rurką w skrzyni korbowej, unosił się rurą do pompy, a następnie pompowany był pod ciśnieniem do wałka rozrządu, a także przez kanały wału korbowego. W niektórych wersjach kanały olejowe znajdowały się także w korbowodach. Olej był dostarczany do wahaczy zaworów miedzianymi rurkami.
Aluminiowa chłodnica oleju znajdowała się bezpośrednio za wentylatorem i nie zasłaniała pozostałych cylindrów, jak to miało miejsce w VW Garbusie, gdzie ten trzeci miał późniejszy zapłon, aby skompensować nadmiar ciepła i możliwość detonacji.
Garbus natomiast posiadał wentylator odśrodkowy, zamontowany w dużym kanale, który kierował powietrze do cylindrów. Obudowa powoduje zmianę jego kierunku, ale zwiększa opór i zmniejsza wydajność. Wentylator osiowy kieruje powietrze bezpośrednio na cylindry i chłodnicę oleju. Nie miał przy sobie łańcucha ani paska.
Konstrukcja silnika spalinowego i wykorzystywana technologia
Napęd wałka rozrządu — koło zębate. Napęd zaworu z wałka rozrządu odbywał się za pomocą drążków z wahaczami. Szczelinę termiczną regulowano śrubami z nakrętkami na wahaczach. Zawory zostały zamontowane pod kątem, co znacznie poprawia przepływ powietrza, gdyż nie koliduje ono ze ściankami cylindra, a komora spalania ma półkulisty kształt, co zwiększa efektywność reakcji. Kolektor wydechowy został celowo skierowany do przodu. Zrobiono to tak, aby strumień z wentylatora był skoncentrowany w najgorętszej części, ciepłe powietrze kierowane było w stronę tyłu, ogrzewając dolot powietrza i zapewniając równomierną temperaturę w całym silniku.
Dolot gorącego paliwa zapobiega jego kondensacji na ściankach kolektora i przedostawaniu się do cylindra w postaci płynnej. Gwarantuje to lepsze wymieszanie z powietrzem i spalanie.
W rzeczywistości rury wydechowe również przechodziły przez gaźnik, aby go podgrzać. Chociaż dziś preferuje się zimne powietrze dolotowe, aby zwiększyć jego gęstość i poprawić moc, w tamtych czasach, gdy nie było elektronicznego wtrysku, musiało ono być podgrzewane. Uzupełnieniem półkulistej komory spalania był bardzo ciekawy tłok. Wykonano na nim nacięcia dla maksymalnego otwarcia zaworu, a prostopadle do niego — występy, aby zrekompensować spadek stopnia kompresji na skutek wgłębienia pośrodku.
Garbus i 2CV — porównanie zastosowanych rozwiązań
W Garbusie głowice bloków cylindrów wyposażono w bezpośrednie zawory, co czyniło produkcję tańszą i łatwiejszą, choć nieznacznie pogarszało tworzenie się mieszanki. Komora spalania była płaska. Rozwiązanie to pozwala ograniczyć detonację i jest tańsze w produkcji niż 2CV. W obu silnikach cylindry były wyjmowane, a gdy się zużyły, wystarczyło zawieźć je do sklepu i wymienić na prawidłowe części z nowymi tłokami.
Korbowody były całe, bez osłon i śrub. Jak je instalowali? Tutaj musimy wziąć pod uwagę najciekawszą rzecz — wał korbowy 2CV. Aby zainstalować korbowody, trzeba było je całkowicie zdemontować. Taką pracę można było wykonać w warunkach małego warsztatu.
Zasada działania silnika i jego modyfikacje
Tworzenie iskry kontrolowane było przez przerywacz z regulatorem odśrodkowym na przednim wałku rozrządu. Oznaczało to, że za każdym razem, gdy tłok osiągał górny punkt martwy, cewka zapalała iskrę w obu cylindrach, niezależnie od skoku. Innymi słowami: świeca dawała jedną pustą iskrę i dlatego służyła dwa razy rzadziej. Alternator miał napięcie 6V, później został zastąpiony takim na 12V.
Koło zamachowe było duże i ciężkie, aby utrzymać stabilny obrót silnika, ponieważ były tylko 2 cylindry. Na dwa obroty wału korbowego potrzebny był jeden skok tłoka. Odpowiednio w procesie nadmuchu i wydechu każdego cylindra moment obrotowy nie jest wytwarzany. Tylko bezwładność koła zamachowego wprawiała je w ruch. Spowodowało to utratę momentu obrotowego silnika. W czterocylindrowym silniku Garbusa na każdy obrót potrzebny był jeden skok tłoka wprawiającego w ruch koło zamachowe.
Za pomocą rączki, tej samej, która służyła do zmiany kół, można było uruchomić silnik, jeśli akumulator opadł.
Wreszcie w górnej części konstrukcji znajdziemy gaźnik, a także szyjkę, przez którą wlewano olej, jednocześnie posiadając zawór wentylacyjny. Należy pamiętać, że kiedy tłoki w skrzyni korbowej łączą się, jej pojemność maleje i to ciśnienie musi gdzieś zostać uwolnione. W przeciwnym razie pękną uszczelki i połączenia części silnika, rozpryskując wszędzie olej.
Później całość przeszła modyfikacje, a pojemność wzrosła do 425 centymetrów sześciennych, osiągając moc 18 koni mechanicznych.
Ewolucja silników Citroën 2CV oraz ich zastosowanie w różnych warunkach
Następna konstrukcja była na 602 cm³ o mocy 28 KM. Taki silnik mógł rozpędzić samochód do prędkości ponad 110 km/h.
2CV został opracowany do jazdy po wiejskich terenach Francji, gdzie nie było jeszcze dobrych dróg. Dzięki mechanicznemu zawieszeniu z wykorzystaniem amortyzatorów ciernych było to bardzo proste. Wycieki cieczy z amortyzatorów w zasadzie nie mogą występować ze względu na ich brak.
Pióra wycieraczek uruchamiane są poprzez mechanizm prędkościomierza. Im szybciej jechał samochód, tym prędzej się poruszały. Krótko mówiąc, automatyczna wycieraczka.
Reflektory regulowane były od wewnątrz za pomocą linki.
Garbus, choć miał dobre właściwości terenowe, został zaprojektowany z myślą o niemieckich autostradach. W rzeczywistości jego maksymalna prędkość była wyższa.
Podobnie jak Garbus miał modyfikację Safari, Citroën miał wersję Mehari z plastikowym nadwoziem.
Popularność Citroëna 2CV i ewolucja modelu
Furgonetka 2CV była również bardzo popularna w transporcie towarów. Nie możemy pominąć wersji Sahara, która posiada napęd 4x4 dzięki zamontowaniu drugiego silnika z tyłu. Znajdowały się tu 2 zbiorniki paliwa. Po jednym pod każdym siedzeniem dla każdego silnika. Elementy sterujące zostały zduplikowane, jedna dźwignia zmiany biegów i jeden pedał gazu faktycznie sterowały dwoma silnikami.
Tę wersję można łatwo rozpoznać po wentylatorze wychodzącym przez drzwi bagażnika i kole zapasowym na masce. Dopiero w Argentynie w 1967 roku, zgodnie z pomysłem działu marketingu, nazwę 2CV zmieniono na 3CV. Zrobiono to, aby podkreślić ewolucję modelu i fakt, że został on udoskonalony w porównaniu z latami poprzednimi. W pozostałej części świata nadal tytułowano go jako 2CV. W sumie produkcja tego samochodu zakończyła się w 1991 roku. Znajdował się on w obrocie przez ponad 40 lat i w tym czasie sprzedano około 5 milionów sztuk. Wyraźnie mniej niż Volkswagena Garbus czy Forda T. Jednak to wystarczy, aby pozostać w gronie najbardziej rozchwytywanych samochodów w historii.
Co ciekawe, taki silnik pozostaje popularny wśród osób zajmujących się amatorskim projektowaniem samolotów. Jest montowany w lekkich maszynach tego typu ze względu na doskonały stosunek mocy do masy. Na przykład Janowski użył go w swoim samolocie Don Quijote.
Fajne? Ranking DIY