Silniki

     W dzisiejszych czasach wszystkie pojazdy są wyposażone w jakieś silniki. Jednak nie każdy z nas wie, na jakiej zasadzie one działają i czym się różnią. W tym artykule postaram się przybliżyć zasadę działania tych silników ich budowę i zastosowanie.

  Wyróżniamy cztery podstawowe rodzaje silników:

-  dwusuwowy(2T)

-   czterosuwowy(4T)

-   silnik diesla

-   silnik Wankla

Silnik Dwusuwowy(2T)

Pierwszy silnik spalinowy dwusuwowy, jednocylindrowy, powstał w roku 1860.
W roku 1878 angielski inżynier Dugald Clerk skonstruował model silnika gazowego, w którym wszystkie fazy robocze (zasysanie mieszanki, jej sprężanie, zapłon i rozprężanie oraz wydech spalin) zachodziły w ciągu jednego obrotu wału korbowego, a wiec w czasie dwóch suwów tłoka. Jego konstrukcja stała się prototypem późniejszych silników dwusuwowych.

         Pierwszy silnik spalinowy tłokowy benzynowy skonstruował w latach 1878 - 79 Carl Benz. Przedstawił on model silnika dwusuwowego, który pracował na łatwopalnej mieszance ciekłych węglowodanów nazywanej benzyną. W jego silniku, za doprowadzanie paliwa do strumieni powietrza w cylindrach i dozowanie zużycia powstałej w ten sposób mieszaniny benzyny z powietrzem (mieszanki powietrzno-paliwowej), odpowiadało urządzenie zwane gaźnikiem. Sukces technologiczny nowego silnika był tak wielki, że w 1883 roku Benz założył własną firmę motoryzacyjną Benz & Co, z której po dwóch latach wyjechał pierwszy 3-kołowy samochód.

         W silniku 2T pełny obieg pracy jest realizowany w trakcie dwu suwów tłoka: Sprężania i rozprężania .Nie występują pozostałe dwa suwy pracy w tak jak w silniku czterotaktowym. 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.

Na rysunku powyżej przedstawiony jest schemat działania silnika  

1.     Suw sprężania - w pierwszej fazie suwu sprężania następuje "przepłukanie" przestrzeni roboczej silnika (1). Wtedy to spaliny powstałe w poprzednim cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy (2), jednocześnie do przestrzeni roboczej przez kanał międzykomorowy (3) napływa mieszanka paliwowa zgromadzona wcześniej w przestrzeni korbowej silnika (4). W dalszej fazie suwu sprężania tłok (5), pełniący także rolę zaworu, zamyka kanał wydechowy i międzykomorowy, odsłaniając jednocześnie kanał ssawny (6). W czasie sprężania paliwa w komorze spalania, świeża porcja mieszanki paliwowej napływa przez kanał ssawny do przestrzeni korbowej silnika.

2. Suw pracy - Przed dojściem do górnego martwego położenia tłoka następuje zapłon paliwa,     

    które gwałtownie się rozprężając powoduje ruch tłoka w dół do dolnego skrajnego położenia. W 

    końcowej fazie tego suwu odsłaniany jest kanał wydechowy i spaliny zaczynają opuszczać   

    przestrzeń roboczą. Cykl się powtarza.

         Mimo tak prostej budowy silnik dwusuwowy ma też swoje wady. Ze względy na  wypychanie spalin przez mieszankę paliwową część z niej dostaje się do tłumika i zostaje wyrzucona  wraz ze spalinami co zwiększa zanieczyszczenie powietrza. Jako że silniki dwusuwowe nie są zwykle zaopatrzone w miskę olejową, smarowanie układu korbowego musi być zapewnione przez mieszankę paliwową. W tym celu do paliwa dodaje się pewną ilość oleju silnikowego. Silniki dwusuwowe, stosowane są dużo rzadziej niż czterosuwowe. Ważne było, aby silnik był jak najmniejszy i jak najprostszy. Z początku służyły do napędu m.in. lekkich motocykli i motorowerów, później także np. kosiarek do trawy

      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.

Silnik Czterosuwowy(4T)

      9 maja 1876 Technicy fabryki silników gazowych Deutz badali cykl pracy pierwszego na świecie, zrealizowanego praktycznie silnika czterosuwowego. Zbudował go Nikolaus August Otto, kierownik handlowy fabryki. Na to kupieckie stanowisko namówił uniesionego zapałem twórczym inżyniera jego rubaszny kolega Gottlieb Daimler. Otto wynalazł zasadę działania czterosuwu już w     1861 r., niezależnie od inżyniera francuskiego Alphonse'a Beau de Rochasa , wówczas jednak jej nie opatentował. Nie dostrzegł wtedy wyraźnej możliwości zrealizowania swojego pomysłu w praktyce. Tak zapoczątkowana została era samochodu.

Obieg pracy silnika czterosuwowego jest wykonywany podczas czterech suwach tłoka, a zatem podczas dwóch obrotów wału korbowego.

Suw ssania (1)

   Tłok przesuwa się w dół z górnego (GMP) do dolnego martwego punktu (DMP), wytwarzając we wnętrzu cylindra podciśnienie. W tym czasie zawór ssawny jest otwarty, dzięki temu z kanału dolotowego, znajdującego się za zamykającym go zaworem ssącym, wciągnięta zostaje z gaźnika (lub układu wtryskowego i kanałów powietrznych) mieszanka paliwowo-powietrzna. Trafia ona do wnętrza cylindra, pomiędzy tłok a głowicę cylindra. Kiedy tylko tłok przekroczy DMP, zawór ssący zostaje zamknięty.

Suw sprężania (2)

   Tłok przemieszcza się w górę cylindra, ściskając (czyli sprężając) mieszankę paliwowo-powietrzną. Oba zawory (ssawny i wydechowy) są zamknięte. Sprężanie następuje pod znacznym ciśnieniem, do (zwykle) mniej więcej jednej dziesiątej początkowej objętości mieszanki. Ale zanim osiągnie minimalną objętość ( na 1- 2 milimetry – lub inaczej no ok. 5 stopni obrotu wału korbowego zanim tłok osiągnie GMP) następuje zapłon. Celem jest doprowadzenie do spalenia całej mieszanki w chwili, gdy tłok przekroczył GMP i może zostać odepchnięty przez rozprężające się gazy spalinowe, rozpoczynające suw pracy.

Suw pracy (3)

   Przed osiągnięciem GMP w silnikach wysokoprężnych i tych z elektronicznym wtryskiem paliwa następuje wtrysk paliwa i zapłon samoczynny lub wymuszony iskrą. Oba zawory (ssawny i wydechowy) są zamknięte. Tłok zostaje odepchnięty z dużą siłą, gdyż we wnętrzu komory spalania po zapłonie powstaje ciśnienie o wartości do 100 barów (co czasem odpowiada sile nacisku na tłok równej nawet 5 tonom). Takie siły muszą być przeniesione z denka tłoka przez korbowód na wał korbowy. Wymusza to ruch tłoka do DMP. Z tego jednego suwu pracy silnik musi uzyskać wystarczający impet obracający wałem korbowym, by przeprowadzić pozostałe trzy suwy. Dlatego też silniki pracują tym równiej im więcej mają cylindrów.

Suw wydechu (4)

   Jeszcze zanim tłok osiągnie DMP, otwarty zostaje zawór wydechowy i wciąż jeszcze nie do końca rozprężone gazy spalinowe mogą opuścić cylinder, kierując się w stronę układu wydechowego. Przemieszczający się w górę tłok aż do osiągnięcia GMP, gdy zawór wydechowy jest otwarty wypycha z cylindra resztę gazów, a po przekroczeniu GMP rozpoczyna cykl od początku.

Silnik Diesla (silnik wysokoprężnym  lub silnik o zapłonie 

samoczynnym)

Silnik spalinowy tłokowy o zapłonie samoczynnym wynalazł i opatentował w roku 1893 niemiecki inżynier Rudolf Diesel (produkcję rozpoczęto w roku 1897). Wynalazca omal nie zginął, kiedy jego prototyp eksplodował. Powodem były ogromne siły wywierane na ścianki cylindrów w trakcie gwałtownego sprężania powietrza (do 3,5 MPa) i rozprężania mieszanki, które groziły ich rozerwaniem. Dlatego budowniczy silników tego typu musieli stosować odpowiednio grube ściany cylindrów.

W Silniku diesla -  którym spalanie inicjowane jest po przekroczeniu krytycznego ciśnienia a jednocześnie temperatury zapłonu wzrastającej wraz z ciśnieniem, przy której następuje samozapłon paliwa. W powszechnie stosowanych silnikach zapłon następuje w momencie wtryśnięcia paliwa do komory spalania, w której znajduje się powietrze rozgrzane w wyniku adiabatycznego sprężania. W nowoczesnych silnikach diesla stosuje się także świece żarowe wstępnie rozgrzewające zassane powietrze co znacznie ułatwia ich rozruch. Paliwem spalanym w silniku wysokoprężnym jest zwykle olej napędowy lub (w przypadku silników wielkogabarytowych) mazut.

Silnik Wankla

    Pierwszym wprowadzonym do produkcji silnikiem z tłokiem obrotowym (krążącym), był silnik pomysłu niemieckiego konstruktora FELIKSA WANKLA. Do chwili obecnej licencję silnika Wankla zakupiło już kilkadziesiąt firm na całym świecie.

<< --- Przekrój motocyklowego silnika Wankla, Suzuki RE5, o mocy przekraczającej 46 kW.

ŹRÓDŁO: WIKIPEDIA oraz 

"Podstawy budowy silników"

Sławomir Luft wydawnictwo WKł