Silnik spalinowy tłokowy: definicja, klasyfikacja i zasada działania

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-19 18:18

Od ponad stu lat na świecie główną jednostką napędową we wszystkich pojazdach kołowych jest tłokowy silnik spalinowy. Pojawiający się na początku XX wieku i zastępując silnik parowy, silnik spalinowy w XXI wieku pozostaje najbardziej opłacalnym typem silnika pod względem ekonomii i sprawności. Przyjrzyjmy się bliżej, jak działa ten typ silnika spalinowego, jak to działa, dowiedz się, jakie są inne silniki tłokowe.

Definicja, funkcje ICE

W procesie rozwoju nauki i technologii konstrukcja silników spalinowych była stale ulepszana. Silnikom udało się udowodnić swoją skuteczność. Tak pojawiły się tłokowe silniki spalinowe oraz jako podgatunek silniki gaźnikowe i wtryskowe. Można wyróżnić silniki Diesla, rotacyjne tłoki i turbiny gazowe.

Lody benzynowe

Tradycyjny silnik tłokowy jest wyposażony w komorę spalania wewnętrznego. To jest cylinder wewnątrz bloku silnika. Podczas spalania paliwa uwalniana jest energia, która jest następnie przekształcana w ruch mechaniczny wału korbowego. Ze względu na ruch postępowy tłoków, które działają na układ korbowodów i wał korbowy, koło zamachowe jest obracane. Możesz dowiedzieć się więcej o konstrukcji odpowiedniego silnika spalinowego tłokowego GOST.

Silnik spalinowy z gaźnikiem różni się tym, że robocza mieszanka paliwa i powietrza jest przygotowywana w specjalnym urządzeniu - gaźniku. Mieszanina jest wtryskiwana do cylindrów pod próżnią. Następnie jest zapalany przez świecę zapłonową.

Injection ICE ma bardziej nowoczesny wygląd. Tutaj zamiast tradycyjnego urządzenia mechanicznego system zasilania ma elektroniczne dysze. Odpowiadają za wtryskiwanie precyzyjnych ilości paliwa bezpośrednio do cylindrów silnika.

Diesel ICE

Tłokowy silnik spalinowy Diesla ma pewne strukturalne i podstawowe różnice w porównaniu z silnikami spalinowymi benzynowymi.

Jeśli iskra ze świecy jest używana do zapłonu w jednostce benzynowej, to w silnikach wysokoprężnych działa inna zasada i nie ma świec poza żarówką. Olej napędowy dostaje się do cylindrów przez wtryskiwacze, miesza się z powietrzem, a następnie cała mieszanka zostaje sprężona, w wyniku czego nagrzewa się do temperatury spalania.

Tłok wirnika

Niezbędny silnik z tłokiem obrotowymróżni się od tradycyjnego ICE. Gazy działają na specjalne części i elementy. Tak więc pod wpływem gazów ruchomy wirnik porusza się w specjalnej komorze w kształcie ósemki. Komora pełni funkcje tłoków, rozrządu i wału korbowego. Aparat ma kształt ósemki.

Jednostki połączone

W silnikach spalinowych z turbiną gazową energia cieplna jest przekształcana w energię mechaniczną w wyniku obrotu specjalnego wirnika ze specjalnymi łopatkami. Ten wirnik napędza wał turbiny.

Specjalne silniki spalinowe tłokowe i kombinowane (a są to silniki turbogazowe i silniki obrotowe) można bezpiecznie wpisać do czerwonej księgi. Dziś tylko japońska Mazda produkuje rotacyjny silnik tłokowy. Crysler wyprodukował kiedyś eksperymentalną serię silników spalinowych z turbiną gazową, ale było to w latach 60. i do dziś żaden z producentów samochodów nie powrócił do tego zagadnienia.

W Związku Radzieckim silniki spalinowe z turbiną gazową były instalowane na czołgach i statkach desantowych, jednak nawet tam później podjęto decyzję o rezygnacji z jednostek tego typu.

Urządzenie ICE

Silnik to pojedynczy mechanizm. Składa się z bloku cylindrów, części mechanizmu korbowego, mechanizmu rozrządu, układu wtryskowego i wydechowego.

Komora spalania znajduje się wewnątrz bloku cylindrów, gdzie mieszanka paliwowo-powietrzna jest bezpośrednio zapalana, a produkty spalania uruchamiają tłoki. Za pomocą korbymechanizm, energia spalania paliwa jest przekazywana do wału korbowego. Mechanizm rozrządu jest niezbędny do zapewnienia terminowego otwierania i zamykania zaworów wlotowych i wydechowych.

Zasada działania

Po uruchomieniu silnika mieszanina paliwa i powietrza jest wtryskiwana do cylindrów przez zawór wlotowy i zapalana przez iskrę na świecy zapłonowej generowaną przez układ zapłonowy. Podczas spalania powstają gazy. Kiedy występuje rozszerzalność cieplna, nadciśnienie powoduje ruch tłoka, tym samym obracając wał korbowy.

Praca silników tłokowych jest cykliczna. W cyklu tłokowego silnika spalinowego może być od dwóch do czterech cykli. Cykle podczas pracy silnika powtarzają się kilkaset razy w ciągu jednej minuty. Dzięki temu wał korbowy może się obracać w sposób ciągły.

Dwusuwowy ICE

Po uruchomieniu silnika tłok jest napędzany przez obrót wału korbowego. Gdy tłok osiągnie dolny martwy punkt i zacznie poruszać się w górę, cylinder będzie zasilany mieszanką paliwowo-powietrzną.

Podczas ruchu w górę tłok zacznie ściskać mieszankę. Gdy tłok osiągnie górne położenie, wytworzy się iskra. Mieszanka paliwowo-powietrzna zapali się. Rozprężając się, gazy popchną tłok w dół.

W tym momencie otworzy się zawór wydechowy, przez który produkty spalania mogą opuścić komorę. Następnie ponownie docierając do dolnego martwego punktu, tłok rozpocznie swoją podróż do GMP. Wszystkie te procesy zachodzą w jednym obrocie wału korbowego.

Kiedytłok rozpocznie nowy ruch, zawór wlotowy otworzy się i nowa porcja mieszanki paliwowo-powietrznej zastąpi spaliny. Cały proces rozpocznie się od nowa. Dwusuwowy tłokowy silnik spalinowy wykonuje mniej ruchów niż czterosuwowy. Zmniejszone straty tarcia, ale generujące więcej ciepła.

Mechanizm dystrybucji gazu został zastąpiony tłokiem. Gdy tłok porusza się, wloty i wyloty w bloku cylindrów otwierają się i zamykają. W porównaniu z czterosuwową jednostką napędową, wymiana gazowa w silniku dwusuwowym jest poważną wadą. Wydajność i moc są tracone, gdy spaliny są uwalniane.

Pomimo tej wady dwusuwowych tłokowych silników spalinowych, są one używane w motorowerach, skuterach, jako silniki zaburtowe, w piłach łańcuchowych.

Czterosuwowy silnik spalinowy

Czterosuwowy ICE nie ma wad silnika dwusuwowego. Takie silniki są instalowane w większości samochodów i innych urządzeń. Zasysanie i odprowadzanie spalin jest procesem odrębnym i nie łączy się go ze sprężaniem, chociaż tłokowy silnik spalinowy pracuje od momentu zapłonu mieszanki. Praca silnika jest zsynchronizowana przez mechanizm dystrybucji gazu - zawory otwierają się i zamykają synchronicznie z prędkością wału korbowego. Pobieranie mieszanki paliwowej odbywa się dopiero po całkowitym wyprowadzeniu spalin.

Zalety silników spalinowych

Warto zacząć od najpopularniejszych silników - wbudowanychjednostki czterocylindrowe. Wśród zalet są kompaktowość, niewielka waga, jedna głowica cylindra, wysoka łatwość konserwacji.

Wśród wszystkich typów silników spalinowych można również wyróżnić silniki typu bokser. Nie są zbyt popularne ze względu na bardziej złożoną konstrukcję. Stosowane są głównie w samochodach wyścigowych. Wśród zalet - doskonałe wyważenie pierwotne i wtórne, a co za tym idzie miękka praca. Na wale korbowym występuje mniejsze naprężenie. W rezultacie straty mocy są niewielkie. Silnik ma nisko położony środek ciężkości i samochód lepiej się prowadzi.

Sześciocylindrowe silniki rzędowe są doskonale wyważone, a sama jednostka pracuje bardzo płynnie. Pomimo dużej liczby cylindrów koszt produkcji nie jest bardzo wysoki. Możesz także podkreślić łatwość konserwacji.

Wady silników spalinowych

Główną wadą tłokowych silników spalinowych nadal nie jest toksyczność i hałas, ale słaba wydajność. W silniku spalinowym tylko 20% energii zużywa się na rzeczywistą pracę mechaniczną. Cała reszta przeznaczana jest na ogrzewanie i inne procesy. Silniki uwalniają również do atmosfery szkodliwe substancje, takie jak tlenki azotu, tlenek węgla i różne aldehydy.