Question

Przykłady różnych rozwiązań konstrukcyjnych silników spalinowych.

Answer 1

Jedną z najważniejszych części w samochodzie jest silnik. Do najczęściej używanych w przemyśle samochodowym nale­żą silniki spalinowe z zapłonem iskrowym. Można tu wyróżnić silniki dwusuwowe, czterosuwowe, z tłokiem wirującym (np. Wankla).

Silnik zamienia doprowadzaną do niego energię na pracę mechaniczną. Polega to na wykorzystaniu energii obracające­go się wału podczas jego momentu obrotowego. Praca silnika odbywa się dzięki spalaniu paliwa. Wytwarzana w ten sposób energia cieplna jest zamieniania na energię mechaniczną.

Aby silnik spalinowy rozpoczął pracę, wymaga zapłonu. Gdy mieszanka paliwa w silniku jest sprężona, czyli ściśnięta przez tłok, w cylindrze następuje przeskok iskry elektrycznej i zapale­nie się paliwa. Iskra powstaje dzięki świecy zapłonowej. Wyna­lazcą świecy był Niemiec Robert Bosch, który w 1902 roku roz­począł jej masową produkcję. Jego patent udoskonalił Louis Renault. Wymyślił on, że świeca powinna być wkręcana do ko­mory silnika, ponieważ tam najlepiej wytwarza iskrę do zapłonu mieszanki paliwa. Wydajność świecy zależy od napięcia: im jest ono wyższe, tym większa jest moc iskry (a tym samym większa pewność zapalenia się mieszanki). Iskra powstaje pomiędzy elektrodami świecy.
Konstruktorem silnika spalinowego tłokowego był Carl Benz. W latach 1878-1879 opracował on model, w którym jako paliwa użył łatwopalnej mieszanki - benzyny. Aby doprowadzać paliwo
do strumieni powietrza w cylin­drach oraz dozować je we właści­wych proporcjach w formie mie­szanki z benzyną, Benz po raz pierwszy zastosował gaźnik. Wy­nalazek ten zapewnił Benzowi ogromny sukces. Dzięki niemu konstruktor założył własną firmę motoryzacyjną. W krótkim czasie wyprodukowano w niej pierwszy trzykołowy samochód osobowy.

W silniku dwusuwowym dwa kolejne suwy tłoka powodują je­den obrót wału korbowego.

Choć silnik ma nieskomplikowaną budowę i jest łatwy w obsłudze, zużywa jednak duże ilości paliwa. Tym samym w znacznym stopniu przyczynia się do zanieczyszczenie środowiska.

Obecnie zastosowanie nowych rozwiązań technicznych podnosi wydajność pracy silnika tłoko­wego. Jednym z takich rozwiązań jest bezpośredni wtrysk paliwa do cylindra silnika.

Cykl pracy silnika dwusuwowego składa się z dwóch suwów:

- I suw - sprężanie i ssanie - tłok porusza się w górę cylindra i spręża mieszankę paliwową. W tym samym czasie pod tłokiem zostaje zassana kolejna porcja paliwa;

- II suw - praca i wstępne sprężanie - sprężone paliwo zostaje zapalone w cylindrze przez iskrę. Tłok, przemieszczając się w dół, otwiera otwór wydechowy, przez który uchodzą spali­ny. Następnie cykl się powtarza. Tłok połączony z korbowodem obraca wałem korbowym, dzięki czemu osadzone na nim koło zamachowe magazynujące energię sprawia, że wał się płynnie porusza.
Rewolucyjnym wynalazkiem w przemyśle motoryzacyjnym był silnik tłokowy czterosuwowy. Skonstruowali go w 1876 roku Nikolaus Otton i Eugen Langen. W przeciwieństwie do silnika dwusuwowego w silniku czterosuwowym ruch tłoka odbywa się w czterech kolejnych su­wach (wał korbowy wykonuje dwa obroty).

W trakcie pracy silnika od iskry elektrycznej następuje za­płon mieszanki, w rezultacie czego tłoki zostają odepchnięte w dół, a wał korbowy się obraca. W ten sposób mechanizm korbowy zmienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obro­towy wału korbowego. Ten z kolei za pośrednictwem paska zębatego przekazuje wytworzoną moc na wałek rozrządu. Re­guluje on pracę zaworów, które otwierają się i zamykają. Dzię­ki temu następuje wlot mieszanki i wylot gazów, a spalanie paliwa w cylindrach odbywa się cyklicznie.

Cykl pracy silnika czterosuwowego składa się z czterech SUWÓW:

- I suw - ssanie - tłok zostaje przesunięty w dół, zawór wylo­towy jest zamknięty, a wlotowy paliwa otwarty, mieszanka zassana do górnej część cylindra.

- II suw - sprężanie - tłok przesuwa się do góry, zawory wlo­towy i wylotowy zostają zamknięte, a mieszanka sprężona. Przy podejściu tłoka do góry sprężone paliwo zostaje zapa­lone przez iskrę elektryczną świecy.

- III suw - praca - powstałe gazy rozprężają się i pchają tłok w dół, koło zamachowe osadzone na korbowodzie zacho­wuje energię z tego suwu, powstałą ze spalania mieszanki, przez co nie zwalnia swojego ruchu.

- IV suw - wydech - zawór wylotowy zostaje otwarty, tłok przesuwający się do góry wypycha gazy spalinowe z cylindra.
Praca silnika Wankla przebiega w czterech etapach:

- I etap - ssanie - wierzchołek rotora mija okno kanału ssącego. Okno kanału wlotowego otwiera się na komorę. Jej objętość jest w tym momencie minimalna. Rotor, obracając się dalej, zwiększa objętość komory. Powoduje to wciągnięcie mieszanki paliwowo-powietrznej do jej środka. Następnie komora się zamyka w momencie, gdy kolejny wierz­chołek rotora mija okno kanału ssącego.

- II etap - sprężanie - rotor nadal porusza się w komorze sil­nika. Jej objętość się zmniejsza, przez co spręża się mieszanka paliwowo-powietrzna. Gdy ścianka rotora przesuwa się przed świecami zapłonowymi, a objętość komory jest minimal­na, następuje zapłon.

- III etap - praca - świece zapłonowe zapalają mieszankę pa­liwowo-powietrzna. Ciśnienie szybko rośnie, w wyniku czego rotor jest zmuszony do ruchu w kierunku zwiększającym obję­tość komory. Następuje rozprężanie się gazów spalinowych. Powoduje to poruszanie rotora i wytwarzanie energii, dopóki wierzchołek rotora nie minie okna kanału wydechowego.

- IV etap - wydech - gdy wierzchołek rotora mija okno kana­łu wydechowego, sprężone gazy spalinowe mogą wydostać się na zewnątrz. Rotor się obraca, a reszta gazów spalinowych zostaje wytłoczona przez okno kanału wydechowego. Komora zmniejsza objętość. Gdy stanie się ona minimalna, a wierzcho­łek rotora minie okno kanału ssącego, cały cykl pracy silnika rozpoczyna się na nowo.