Silnik
Silnik cieplny o spalaniu wewnętrznym, w którym ruch tłoka jest wywołany ciśnieniem spalin powstających przez spalanie mieszanki palnej (paliwowo-powietrznej) wewnątrz cylindra silnika; powszechnie są stosowane silniki spalinowe tłokowe o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka (suwowe), zwane inaczej silnikami spalinowymi tłokowymi, znacznie rzadziej o tłoku obracającym się. W silnikach suwowych tłok uszczelniony pierścieniami tłokowymi zamyka cylinder silnika; posuwisto-zwrotny ruch tłoka jest zmieniany przez mechanizm korbowy na ruch obrotowy wału korbowego; dopływ mieszanki (lub powietrza) do cylindrów silnika oraz usuwanie z nich spalin reguluje mechanizm rozrządu . W silnikach spalinowych tłokowych czterosuwowych (czterosuwach) obieg pracy odbywa się w 4 kolejnych suwach tłoka, co odpowiada 2 obrotom wału korbowego; w silnikach dwusuwowych (dwusuwach) obieg pracy odbywa się w 2 kolejnych suwach tłoka, co odpowiada 1 obrotowi wału korbowego; silniki dwusuwowe w porównaniu z czterosuwowymi mają mniej skomplikowaną konstrukcję, są łatwiejsze do obsługi i naprawy, tańsze, ale ich wadami są na ogół większe zużycie paliwa i zanieczyszczanie powietrza. Silniki dwusuwowe pozwalają uzyskać wyższą moc i moment obrotowy w stosunku do silników czterosuwowych o tej samej pojemności skokowej; najnowsze generacje silników dwusuwowych odznaczają się także niską toksycznością spalin; w nowoczesnych silnikach tłokowych dwusuwowych stosuje się m.in. szczelinowe zawory jednokierunkowe w kanałach wlotowych i zawory obrotowe w wylotowych, automatyczne smarowanie i sterowanie zasilaniem oraz dopalacze katalityczne. Powstaje nowa generacja silników dwusuwowych o bezpośrednim wtrysku paliwa (wspomaganym pneumatycznie) do cylindra, co umożliwia usunięcie większości wad silników dwusuwowych konwencjonalnych. Zależnie od sposobu zapłonu mieszanki rozróżnia się silniki o zapłonie iskrowym (tzw. niskoprężne; zapłon następuje od iskry elektrycznej między elektrodami świecy zapłonowej) i silniki o zapłonie samoczynnym (zw. też silnikami wysokoprężnymi lub silnikami Diesla), w których zapłon wtryśniętego paliwa (oleju napędowego) następuje wskutek silnego podwyższenia temperatury powietrza zawartego w cylindrze w wyniku jego sprężenia. Wśród silników spalinowych tłokowych o zapłonie samoczynnym rozróżnia się silniki z wtryskiem bezpośrednim, z komorą wstępną, z komorą wirową, z zasobnikami powietrza. Silniki o zapłonie samoczynnym charakteryzują się dużą sprawnością, małym zużyciem paliwa i nie wymagają elektrycznej instalacji zapłonowej, mają natomiast bardziej skomplikowaną konstrukcję od silników o zapłonie iskrowym. Silniki o zapłonie samoczynnym są stosowane jako silniki kol., okrętowe i przemysłowe oraz w samochodach (gł. ciężarowych) i ciągnikach, natomiast silniki z zapłonem iskrowym głównie w motocyklach i samochodach osobowych. Silniki spalinowe tłokowe klasyfikuje się także ze względu na:
a) sposób tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej; silniki z tworzeniem mieszanki zewn., czyli gaźnikowe ( gaźnik ) lub wtryskowe (wtrysk paliwa do przewodu dolotowego) bądź wewn. (wtrysk bezpośrednio do cylindra);
b) rodzaj paliwa: na paliwo ciekłe (benzynowe, na olej napędowy, na paliwo ciężkie), gazowe, dwu- i wielopaliwowe;
c) liczbę i układ cylindrów (rzędowe, widlaste, przeciwsobne);
d) zastosowanie: samochodowe, przemysłowe, lotnicze.
Szczególną odmianę silników spalinowy tłokowych stanowią silniki o tłoku obracającym się, czyli silniki spalinowe rotacyjne; w tych silnikach tłok wykonuje ruch obrotowy, poruszając się pod wpływem zmiennych nacisków czynnika roboczego. Spośród wielu proponowanych rozwiązań pierwszym udanym był silnik wykonany 1960 przez F. Wankla (silnik Wankla); ma on mniejszą od silnika klas. masę, mniejsze wymiary i prostszą budowę, ale jednocześnie gorszą sprawność (z powodu niekorzystnego kształtu komory) i mniejszą trwałość (szybkie zużycie uszczelek). Pierwszym silnikiem spalinowym tłokowym, który znalazł szersze zastosowanie, był dwusuwowy silnik gazowy o działaniu dwustronnym oraz zapłonie iskrowym, opatentowany 1860 przez E. Lenoira; silnikiem spalinowym tłokowym działającym niezawodnie i ekonomicznie był czterosuwowy silnik gazowy, zbud. 1876 (ulepszony 1878) przez N.A. Otto i E. Langena. Pierwszy silnik spalinowy tłokowy benzynowy (dwusuwowy) skonstruował 1878 79 C. Benz; silnik spalinowy tłokowy o zapłonie samoczynnym wynalazł i opatentował 1893 R. Diesel (produkcję rozpoczęto 1897). Obecnie do sterowania pracą samochodowych silników spalinowych tłokowych nierzadko stosuje się komputer (ECU Engine Control Unit), który określa m.in. optymalny czas zapłonu i wtrysku paliwa. W silnikach tłokowych spalinowych (zarówno o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym) niekiedy stosuje się doładowanie.
Rodzaje silników spalinowych
Istnieje kilka podziałów silników spalinowych, według różnych kryteriów. Poszczególne konkretne silniki zazwyczaj daje się sklasyfikować w kilku z tak powstałych klasyfikacji.
Ze względu na sposób spalania można wyróżnić silniki spalinowe spalania otwartego i zamkniętego. Silniki spalania otwartego nie uszczelniają przestrzeni, w której następuje reakcja spalania. Silniki spalania zamkniętego przeprowadzają reakcję spalania w szczelnej komorze.
Ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym silnika można wyróżnić
- silniki wolnossące (nie doładowane)
- silniki doładowane, które ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym dzieli się na:
- silniki nisko doładowane (nadciśnienie 0 - 0,5 bara)
- silniki średnio doładowane (nadciśnienie 0,5 - 1 bara)
- silniki wysoko doładowane (nadciśnienie powyżej 1 bara)
Ze względu na czynnik roboczy można wyróżnić silniki spalinowe tłokowe, turbinowe oraz reakcyjne.
Wielkości charakteryzujące silniki spalinowe
- Pojemność skokowa (dla silników tłokowych) - Zsumowana różnica pomiędzy maksymalną, a minimalną objętością każdego z cylindrów w silniku spalinowym wyrażana w centymetrach sześciennych = cm3, ccm.
- Stopień sprężania (dla silników tłokowych) - Stosunek przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie ssania do przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie sprężania.
- Maksymalny moment obrotowy - Maksymalny moment obrotowy przekazywany z wału silnika do układu napędowego.
- Moc silnika - Stosunek wykonywanej pracy do czasu jej wykonania.
Poczytaj o: