BUDOWA SILNIKA SPALINOWEGO
http://wow33.republika.pl/silnik.htm
Silnik spalinowy - silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu obrotowego lub siły. Sprężany jest gaz "zimny" a rozprężany - "gorący". Do sprężenia gazu zimnego zużywana jest mniejsza ilość energii mechanicznej, niż uzyskuje się z rozprężania. Energia uzyskana z rozprężania zużywana jest do sprężania gazu i do napędu dowolnej maszyny. Gorący gaz uzyskuje się w wyniku spalenia paliwa - stąd nazwa - silnik spalinowy.
Czynnik "zimny", często powietrze zassane z otoczenia, jest sprężany, a w wyniku sprężania rośnie jego ciśnienie i temperatura. Sprężony gaz ogrzewany jest poprzez spalanie paliwa do stosunkowo wysokiej temperatury. "Gorący" gaz rozprężany jest w cylindrze z ruchomym tłokiem lub/i turbinie. Uzyskana z rozprężania gorącego gazu energia mechaniczna wystarcza na pokrycie zapotrzebowania energii do sprężenia gazu "zimnego" i do napędu dowolnej maszyny.
Sprężanie i rozprężanie gazu może odbywać się zarówno w maszynach przepływowych jak i tłokowych. Jeśli wykorzystujemy maszyny przepływowe mamy do czynienia z silnikiem turbinowym, składającym się z osobnych elementów: sprężarki, komory spalania i turbiny. Jeśli silnikiem naszym jest maszyna tłokowa, to proces sprężania, spalania paliwa i rozprężania gorącego czynnika odbywa się cyklicznie w jednej przestrzeni ograniczonej tłokiem, głowicą i ściankami cylindra (silnik tłokowy).
Istnieje kilka podziałów silników spalinowych, według różnych kryteriów. Poszczególne konkretne silniki zazwyczaj daje się sklasyfikować w kilku z tak powstałych klasyfikacji.
Ze względu na sposób spalania można wyróżnić silniki spalinowe spalania otwartego i zamkniętego. Silniki spalania otwartego nie uszczelniają przestrzeni, w której następuje reakcja spalania. Silniki spalania zamkniętego przeprowadzają reakcję spalania w szczelnej komorze.
Ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym silnika można wyróżnić:
· silniki wolnossące (nie doładowane)
· silniki doładowane, które ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym dzieli się na:
o silniki nisko doładowane (nadciśnienie 0 - 0,5 bara)
o silniki średnio doładowane (nadciśnienie 0,5 - 1 bara)
o silniki wysoko doładowane (nadciśnienie powyżej 1 bara)
Ze względu na czynnik roboczy można wyróżnić silniki spalinowe tłokowe, turbinowe oraz reakcyjne.
Najczęściej spotykane konfiguracje:
· silnik spalinowy tłokowy o ruchu posuwisto-zwrotnym tłoka, najczęściej spotykana jednostka napędowa samochodów, jako napęd główny i pomocniczy siłowni okrętowych a nawet jako napęd generatorów awaryjnych w elektrowniach atomowych. Moce największych silników okrętowych sięgają 80000 kW a średnice cylindra 1050 mm. Jest to silnik spalania zamkniętego
· silnik spalinowy tłokowy o tłoku rotacyjnym, zwany też silnikiem Wankla, spotykany rzadko w motoryzacji, jest to silnik spalania zamkniętego
· silnik Stirlinga o chemicznym źródle ciepła (silnik tego typu może też korzystać z innych źródeł ciepła, niż spalanie), jest to silnik spalania otwartego
· silnik turbowałowy - jest to silnik turbinowy, z którego moc mechaniczna odbierana jest z wału wirnika turbiny, używany głównie w lotnictwie (silniki turbośmigłowe, śmigłowcowe), w energetyce (siłownia gazowa, układ gazowo-parowy), do napędu śrub okrętowych, sporadycznie w kolejnictwie, jeszcze rzadziej w motoryzacji
· silnik odrzutowy - jest to silnik reakcyjny, spalania otwartego, używany głównie w lotnictwie
· Pojemność skokowa (dla silników tłokowych) - Zsumowana różnica pomiędzy maksymalną a minimalną objętością każdego z cylindrów w silniku spalinowym wyrażana w centymetrach sześciennych = cm3, ccm.
· Stopień sprężania (dla silników tłokowych) - Stosunek przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie ssania do przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie sprężania.
Stopień sprężania obliczamy ze wzoru , gdzie Vc to przestrzeń nad tłokiem w trakcie ssania, a Vk w trakcie sprężania.
· Prędkość obrotowa - Wielkość określająca ilość obrotów wału korbowego na minutę. wyrażana w [ ].
· Maksymalny moment obrotowy - Maksymalny moment obrotowy przekazywany z wału silnika do układu napędowego.
· Moc silnika - Stosunek wykonywanej pracy do czasu jej wykonania.
Jednostki mocy:
·
o 1 KM = 0,736 kW.
o 1 kW = 1,36 KM
· Objętościowy wskaźnik mocy (dla silników tłokowych) - Stosunek mocy silnika do objętości wszystkich cylindrów w końcowej fazie suwu ssania.
ZASADA DZIAŁANIA SILNIKA CZTEROSUWOWEGO
SSANIE
Zawór ssący jest otwarty, tłok przesuwa się w stronę dolnego martwego punktu (DMP), wytwarzając we wnętrzu cylindra podciśnienie. 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 denko tłoka a głowicę cylindra. Kiedy tylko tłok przekroczy DMP, zawór ssący zostaje zamknięty.
SPRĘŻANIE
Tłok przemieszcza się w górę cylindra, ściskając (czyli sprężając) mieszankę paliwowo-powietrzną. Sprężanie następuje pod ogromnym ciśnieniem, do (zwykle) mniej więcej jednej dziesiątej początkowej objętości mieszanki. Ale zanim osiągnie ona ową minimalną objętość (na 1-2 milimetry - lub inaczej na ok. 5 stopni obrotu wału korbowego przedtem, zanim tłok osiągnie górny martwy punkt, GMP) następuje zapłon. Celem jest doprowadzenie do spalenia całej mieszanki w tej chwili, gdy tłok już przekroczył GMP i może zostać odepchnięty przez rozprężające się gazy spalinowe, rozpoczynając suw pracy.
PRACA
Tłok zostaje odepchnięty - z siła wręcz niewyobrażalną, jako że we wnętrzu komory spalania po zapłonie powstaje ciśnienie o wartości do 100 barów, co odpowiada sile nacisku na tłok równej 5 tonom! I takie siły muszą być przeniesione z denka tłoka poprzez korbowód na wał korbowy. Z tego jednego suwu pracy silnik musi uzyskać wystarczający impet obracający wałem korbowym, by przeprowadzić pozostałe trzy suwy. Łatwo więc pojąć, dlaczego silniki pracują tym równiej im więcej mają cylindrów.
WYDECH
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 wypycha z cylindra resztę gazów, a po przekroczeniu rozpoczyna cykl od początku.
marcin0732