Silnik czterosuwowy: Jak działa i jakie są jego zalety
Silnik czterosuwowy, potocznie czterosuwowy, to tłokowy silnik spalinowy pracujący w czterech suwach. Oznacza to, że cykl pracy silnika będzie przebiegał podczas czterech suwów tłoka i dwóch obrotów wału korbowego.
Cykle pracy są nieco inne dla silników iskrowych i diesla w zależności od sposobu zapłonu mieszanki. Przyjrzyjmy się więc, jak działa czterosuwowy silnik benzynowy i czterosuwowy silnik wysokoprężny.
Treść
Funkcja silnika czterosuwowego
Ponieważ cykle pracy silników benzynowych i diesla różnią się nieco, o obu będziemy mówić osobno.
Czterosuwowy silnik benzynowy
1. Skok wlotu
Gdy tłok porusza się w dół, przestrzeń nad tłokiem zwiększa się, a jednocześnie otwierają się również zawory dolotowe. Powoduje to spadek ciśnienia nad tłokiem (ciśnienie nad tłokiem jest niższe od ciśnienia atmosferycznego). Ta różnica ciśnień pozwoli silnikowi zassać niezbędne powietrze do cylindrów przez rurę wlotową.
Tłoki silnika: Jak działają?
Jednak oprócz samego powietrza do cylindrów dostaje się również paliwo. Powietrze i paliwo razem tworzą zapalną mieszankę. Mieszanka zapłonowa powstaje w kanałach dolotowych, kolektorze dolotowym lub cylindrze, w zależności od technologii wtrysku paliwa.
2. Kompresja
Po osiągnięciu przez tłok dolnego martwego punktu i zakończeniu fazy ssania zaczyna on poruszać się w górę. Tłok ściska mieszankę ruchem w górę, co w rezultacie nagrzewa się, a ponieważ nie może się rozszerzyć, wzrasta również ciśnienie.
Stopień sprężania: Jaki ma wpływ na silnik?
Wysoka temperatura i ciśnienie sprzyjają odparowywaniu paliwa i mieszaniu się z powietrzem, czyniąc mieszankę bardziej wybuchową. Jednak podczas sprężania mieszanina nie może być zbyt mocno ściśnięta, aby nie osiągnęła temperatury samozapłonu paliwa (spalanie detonacyjne). Podczas sprężania zawory dolotowe i wydechowe są zamknięte.
3. Ekspansja
W tej fazie rozpoczyna się proces spalania. Iskra przeskakuje na świecę zapłonową i zapala skompresowaną mieszankę. Po zapłonie mieszanina zaczyna się rozprężać, naciskając na tłok i przesuwając go w dół do dolnego martwego punktu, zamieniając energię cieplną na pracę mechaniczną.
4. Wydech
Podczas tej fazy zawory wydechowe otwierają się, aby umożliwić opuszczenie cylindra przez spaliny. Pod koniec rozprężania ciśnienie w cylindrze jest wyższe niż ciśnienie atmosferyczne, dzięki czemu spaliny są wypychane z cylindra. Tłok wypycha pozostałe gazy spalinowe, gdy zbliża się do górnego martwego punktu.
Jednak, aby usprawnić opróżnianie cylindra, zawory wydechowe zamykają się dopiero po osiągnięciu przez tłok górnego martwego punktu, a zawory dolotowe są już otwarte.
Po zakończeniu wszystkich czterech cykli cykl pracy silnika rozpoczyna się od nowa.
Czterosuwowy silnik Diesla:
Zasada działania czterosuwowego silnika wysokoprężnego jest bardzo podobna do działania czterosuwowego silnika benzynowego. Główna różnica polega na tym, że do cylindrów jest zasysane tylko czyste powietrze. Po sprężeniu i podgrzaniu wtryskiwany jest olej napędowy, a powstała mieszanina jest zapalana przez ciepło sprężania.
1. Skok wlotu
Tłok porusza się od górnego martwego punktu w dół do dolnego martwego punktu, zwiększając przestrzeń nad tłokiem i otwierając zawory dolotowe. Dzięki temu niezbędna ilość powietrza dostaje się do cylindrów przez rurę wlotową.
2. Kompresja
Po osiągnięciu przez tłok dolnego martwego punktu i zakończeniu fazy ssania zaczyna on poruszać się w górę. W ten sposób tłok przemieszcza się z dolnego martwego punktu z powrotem do górnego martwego punktu, podczas gdy jego ruch w górę powoduje sprężanie powietrza, które w wyniku tego się nagrzewa, ale także zwiększa swoje ciśnienie.
Tuż przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego punktu paliwo jest wtryskiwane do komory spalania, która jest mieszana, odparowywana i zapalana, powodując rozprężanie.
3. Ekspansja
Po zapaleniu mieszanki następuje uwolnienie energii cieplnej paliwa poprzez spalanie, co objawia się wzrostem ciśnienia gazu w cylindrze. W ten sposób ciśnienie gazu oddziałuje na tłok silnika, który zamienia energię cieplną paliwa na pracę mechaniczną silnika. Podczas rozprężania tłok silnika przesuwa się z górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu.
4. Wydech
Podczas ostatniej części cyklu pracy czterosuwowego silnika wysokoprężnego tłok przemieszcza się z dolnego martwego punktu do górnego martwego punktu przy otwartych zaworach wydechowych. Oznacza to, że tłok wypycha spaliny przez układ wydechowy do powietrza ruchem do góry. Zawory wydechowe są zamykane tuż przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego punktu.
Układ wydechowy: Jakie są jego główne elementy?
To samo dotyczy czterosuwowego silnika wysokoprężnego i czterosuwowego silnika benzynowego. Po zakończeniu wszystkich czterech cykli cykl pracy silnika rozpoczyna się od nowa.
Turbosprężarka jest często stosowana w silnikach czterosuwowych w celu wytworzenia ciśnienia doładowania. W przeszłości jednak turbodoładowanie silników za pomocą sprężarki było stosunkowo powszechne. Ale spójrzmy na zalety i wady silnika czterosuwowego w porównaniu z silnikiem dwusuwowym.
Zalety silnika czterosuwowego:
- Niższe zużycie paliwa
- Bardziej zrównoważona i wyrafinowana praca
- Wystarczająca moc nawet przy niższych prędkościach
- Lepszy układ smarowania
- Niskie zużycie oleju silnikowego
- Mniejsza emisja
- Lepsze chłodzenie silnika
- Dłuższa praca życie
Wady silnika czterosuwowego:
- Większa masa
- Bardziej skomplikowana konstrukcja
- Droższe naprawy w przypadku awarii
- Dwa obroty wału korbowego i cztery skoki tłoka na jeden cykl pracy silnika