Silnik spalinowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Silnik spalinowysilnik 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. Z tego powodu 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.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Czynnik "zimny", często powietrze zassane z otoczenia, jest sprężane, 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 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).

Rodzaje silników spalinowych[edytuj | edytuj kod]

Istnieje kilka podziałów silników spalinowych, według różnych kryteriów. Poszczególne konkretne silniki zazwyczaj daje się sklasyfikować w kilku z tak powstałych klasyfikacji.

Silnik czterosuwowy o zapłonie iskrowym - zasada działania

Ze względu na sposób spalania można wyróżnić:

  • silnik spalania otwartego - substancja (czynnik roboczy) może mieć stan gazowy o niezmienionym składzie; silnik gazowy o zewnętrznym spalaniu (zewnętrzne źródło ciepła); np. silnik Stirlinga
  • silnik spalania zamkniętego - substancja (czynnik roboczy) może mieć stan gazowy o zmiennym składzie; silnik spalinowy lub silnik gazowy o wewnętrznym źródle ciepła (wewnętrzne spalanie).

Ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym silnika, można wyróżnić:

  • silniki wolnossące (niedoładowane)
  • silniki doładowane, które ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym dzieli się na:
    • silniki niskodoładowane (nadciśnienie 0–0,5 bara)
    • silniki średniodoładowane (nadciśnienie 0,5–1 bara)
    • silniki wysokodoładowane (nadciśnienie powyżej 1 bara)

Ze względu na czynnik roboczy (gaz o stałym jak i zmiennym składzie lub substancja zmieniająca stan skupienia z ciekłego na gazowy) można wyróżnić silniki spalinowe tłokowe, turbinowe oraz odrzutowy.

Najczęściej spotykane konfiguracje:

Wielkości charakteryzujące silniki spalinowe[edytuj | edytuj kod]

  • 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:
 E = \frac{V_c}{V_k}

gdzie Vc to objętość nad tłokiem po suwie ssania, a Vk to objętość nad tłokiem po suwie sprężania.

  • Prędkość obrotowa - wielkość określająca ilość obrotów wału korbowego na minutę. Jednostka:
  \omega =\frac{n}{t} \,\,\left[ \frac{\text{obr}}{\text{min}}\right]
  • Maksymalny moment obrotowy - maksymalny moment obrotowy przekazywany z wału silnika do układu napędowego.
  • Moc silnika - stosunek wykonywanej pracy do czasu jej wykonania. Jednostki mocy:
    • 1 KM = 0,736 kW
    • 1 kW = 1,36 KM
  • Objętościowy wskaźnik mocy (dla silników tłokowych) - stosunek mocy silnika do objętości wszystkich cylindrów w końcowej fazie suwu ssania.
 Pr = \frac{P}{Vss} \,\, \left[\frac{\text{kW}}{\text{dm}^3}\right]
  • Jednostkowa moc wewnętrzna (dla silników turbinowych) - stosunek mocy wewnętrznej silnika turbowałowego do strumienia masy czynnika na wlocie do silnika:
 N_w = \frac{N_i}{G_0}

gdzie Ni - moc wewnętrzna turbiny [W], G0 - strumień masy czynnika na wlocie do układu samochodu

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]