Silnik spalinowy tłokowy: jakie są jego rodzaje?
Silnik spalinowy tłokowy to rodzaj silnika spalinowego wyposażonego w tłok, którego zadaniem jest pośredniczenie w zamianie energii cieplnej powstałej w wyniku reakcji chemicznej na pracę mechaniczną silnika.
Pod pojęciem tłokowego silnika spalinowego możemy sobie wyobrazić klasyczny silnik z ruchem posuwisto-zwrotnym tłoka lub mniej eksploatowany silnik z tłokiem obrotowym, a więc silnik Wankla.
Treść
- Silnik spalinowy tłokowy
- Silniki ze spalaniem zewnętrznym i prostoliniowym ruchem tłoka
- Silniki spalinowe z ruchem obrotowym tłoka
- Silniki o spalaniu wewnętrznym i prostoliniowym ruchu tłoka
- Silnik spalinowy tłokowy i jego budowa
- Silniki jednowałowe
- Silniki wielowałowe
- Podział tłokowych silników spalinowych ze względu na rodzaj dystrybucji
- Podstawowe parametry tłokowego silnika spalinowego
Silnik spalinowy tłokowy
1. W zależności od miejsca spalania:
- Silnik spalinowy (np. benzyna lub diesel)
- Silnik spalinowy (np. silnik Stirlinga)
2. Silnik o przerywanym cyklu pracy:
3. Zgodnie z ruchem tłoka:
- Silnik o tłokowym ruchu posuwisto-zwrotnym
- Silnik o obrotowym ruchu tłoka (silnik Wankla)
Jednak, aby zakwalifikować silnik jako tłokowy silnik spalinowy, musi on spełniać co najmniej jeden warunek z każdego z tych trzech punktów. Obecnie najszerzej stosowanym rodzajem tłokowych silników spalinowych są silniki czterosuwowe i dwusuwowe o spalaniu wewnętrznym i prostoliniowym ruchu posuwisto-zwrotnym.
Inne typy tłokowych silników spalinowych nie są już używane lub są używane w minimalnym stopniu.
Silniki ze spalaniem zewnętrznym i prostoliniowym ruchem tłoka
Ten typ silnika jest najrzadziej stosowany wśród tłokowych silników spalinowych. Silnik Stirlinga wykorzystuje ciepło z zewnętrznego źródła do wytworzenia energii potrzebnej do cyklu pracy.
Silnik Stirlinga: Jakie są jego zalety?
Silnik Stirlinga wykorzystuje energię chemiczną ze spalania paliwa do ogrzania wyizolowanej substancji roboczej, która wykonuje pracę w silniku. Spalanie zawsze zachodzi poza silnikiem, a wyizolowaną substancją roboczą jest często gaz.
Silniki spalinowe z ruchem obrotowym tłoka
Do tej kategorii zalicza się silnik Wankla, zwany czasem silnikiem obrotowym. Jest to silnik spalinowy z obrotowym tłokiem, który przekształca ciśnienie w ruch obrotowy. W przeciwieństwie do klasycznego tłokowego silnika spalinowego, wszystkie części silnika Wankla obracają się w jednym kierunku.
Silnik Wankla: Jak działa i jakie ma zalety?
Cykl czterosuwowy: wlot, sprężanie, spalanie i wydech odbywa się między owalną obudową wewnętrzną a trójkątnym tłokiem obrotowym.
Tłoki obracają się wokół wału zwanego wałem mimośrodowym i przechodzą przez środek wirnika. Duże koło zębate zapewnia okrężny ruch tłoka z wewnętrznymi zębami, umieszczonymi w środku wirnika (tłoka). Małe koło zębate, które sprzęga się z kołem zębatym wirnika, jest sztywno przymocowane do wału.
Tłoki silnika: Jak działają?
W miejscach, w których obracający się tłok styka się z wewnętrzną powłoką pokrywy silnika, uszczelnienie zapewnia utworzenie trzech izolowanych przestrzeni między wirnikiem a obudową. Gdy tłok się obraca, przestrzenie te poruszają się w kierunku obrotu oraz zwiększają i zmniejszają swoją objętość.
Silniki o spalaniu wewnętrznym i prostoliniowym ruchu tłoka:
Tłokowy silnik spalinowy o spalaniu wewnętrznym i ruchu posuwisto-zwrotnym tłoka należy do najbardziej rozpowszechnionych silników stosowanych do napędu samochodów, motocykli, statków i małych samolotów.
Silnik spalinowy: jak to działa?
Jest więc najliczniejszym przedstawicielem nie tylko tłokowych silników spalinowych, ale także wszystkich innych silników spalinowych.
Silniki te możemy zaliczyć do kategorii:
- dwusuwowe silniki benzynowe (są to małe silniki stosowane głównie do napędu motocykli)
- dwusuwowe silniki wysokoprężne (są to silniki stosowane najczęściej w przemyśle, np. jako rezerwowe generatory do produkcji energii elektrycznej)
- czterosuwowe suwowe silniki benzynowe (są to silniki o różnej pojemności, najczęściej stosowane do napędu samochodów osobowych)
- czterosuwowe silniki wysokoprężne (są to silniki o różnej pojemności, najczęściej stosowane do napędu samochodów osobowych, autobusów, furgonetek lub ciężarówek oraz innych ciężkich maszyny)
Koncepcja tego silnika w skrócie:
Tłokowy silnik spalinowy ze spalaniem wewnętrznym przetwarza energię chemiczną na energię mechaniczną poprzez spalanie mieszanki. Po zapaleniu mieszanki w komorze spalania, która musi być idealnie uszczelniona, powstaje duże ciśnienie, które oddziałuje na tłok silnika i wprawia go w ruch.
Ruch ślizgowy tłoka przenoszony jest przez korbowód na wał korbowy i tym samym zamienia się w ruch obrotowy, dzięki czemu kierowca samochodu lub innej maszyny jest zapewniony.
Jeden cykl pracy silnika składa się z następujących faz:
- Dolot - faza napełniania butli świeżym ładunkiem
- Sprężanie - faza sprężania mieszanki
- Spalanie - faza spalania, podczas której następuje przemiana energii cieplnej do pracy mechanicznej
- Wydech - faza wypychania spalin z cylindra
Silnik spalinowy tłokowy i jego budowa:
Silniki spalinowe tłokowe o prostoliniowym ruchu tłokowym i spalaniu wewnętrznym można podzielić na kilka grup ze względu na kilka cech konstrukcyjnych, a mianowicie:
Według metody chłodzenia:
Silniki spalinowe tłokowe dzielimy ze względu na ilość i rozmieszczenie cylindrów oraz wałów korbowych na:
Silniki jednowałowe:
Silnik jednowałowy to tłokowy silnik spalinowy wyposażony tylko w jeden wał korbowy. Ten typ silnika jest najczęściej reprezentowany w konstrukcji tłokowych silników spalinowych.
Do grupy silników jednowałowych należą:
- Silniki jednocylindrowe
- Silniki rzędowe - odpowiednio jednorzędowe, które mają wszystkie cylindry w jednym rzędzie
- Silniki dwurzędowe - silniki V z cylindrami w kształcie litery V, silniki z cylindrami A lub silniki VR
- Silniki trzyrzędowe - silniki W
- Silniki wentylatorowe
- Silniki czterorzędowe - silniki X
- Silniki promieniowe - z cylindrami umieszczonymi wokół wału korbowego
- Silniki wielopromieniowe - dwu-, trzy-, czterocylindrowe silniki gwiazdowe i tak dalej
W zależności od liczby cylindrów niektóre z powyższych typów należą do grupy silników płaskich.
Silniki wielowałowe:
Silnik wielowałowy to tłokowy silnik spalinowy wyposażony w wiele wałów korbowych. W zależności od liczby wałów silniki wielowałowe nazywane są dwuwałowymi, trójwałowymi i tak dalej.
Wał korbowy: Do czego służy i jakie siły musi wytrzymać?
Wielowałowa konstrukcja silnika umożliwia realizację silników jednotłokowych, dwutłokowych i wielotłokowych.
Ta grupa obejmuje:
- Silniki z przeciwbieżnymi tłokami
- Silniki z równoległymi cylindrami - silniki U
- Silnik trójkątny
- Silniki Y
- Silnik czworoboczny
- Silniki H
W zależności od liczby cylindrów niektóre z powyższych typów należą do grupy silników płaskich.
Podział tłokowych silników spalinowych ze względu na rodzaj dystrybucji:
- Silnik z rozdzielaczem kanałowym
- Silnik z rozdzielaczem suwakowym
- Silnik z rozdzielaczem zaworowym:
- Rozdzielczość zaworów F - z jednym zaworem z boku cylindra, a drugim w głowicy (konstrukcja przestarzała)
- Rozkład zaworów SV (zawór boczny) - z zaworem z boku cylindra (konstrukcja przestarzała)
- Rozkład zaworów OHV (górnozawór) - z zaworami w głowicy
- OHC valvetrain (górny wałek rozrządu) - z zaworami i wałkiem rozrządu w głowicy
- DOHC lub 2xOHC - z dwoma wałki rozrządu w głowicy cylindrów
- Silnik z dystrybucją kombinowaną - kanał, wylot przez zawór zwykle obsługuje wlot mieszanki.
Charakterystycznymi parametrami tłokowego silnika spalinowego z ruchem tłoka są:
- Skok - odległość między dolnym i górnym środkiem tłoka
- Objętość skokowa - różnica objętości komory spalania między dolnym i górnym środkiem tłoka w cm3
- Objętość sprężania space – objętość jaka pozostaje w cylindrze w cm3 gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie
- Stopień sprężania – stosunek objętości cylindra gdy tłok znajduje się w dolnym martwym punkcie do objętości gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie
Podstawowe parametry tłokowego silnika spalinowego:
Podstawowe parametry techniczne tłokowego silnika spalinowego to moc i moment obrotowy. Od tych parametrów, zużycia paliwa czy zdolności pokonywania wzniesień zależy maksymalna prędkość i przyspieszenie samochodu.
Moc silnika podawana jest w kilowatach (kW) oraz koni mechanicznych (PS, KM, ks). Jednostką momentu obrotowego jest niutonometr (Nm) lub funt na stopę (ft-lbs).