Silnik spalinowy to maszyna, która zamienia energię chemiczną paliwa na ruch mechaniczny. Spalanie zachodzi wewnątrz cylindra, a powstające ciśnienie porusza tłok. Następnie układ korbowy przekształca ten ruch w obrót, który może napędzać pojazd albo maszynę.
Czym jest silnik spalinowy?
Silnik spalinowy jest rodzajem maszyny cieplnej. W jego wnętrzu paliwo łączy się z powietrzem, a kontrolowane spalanie uwalnia energię chemiczną. Energia ta najpierw zmienia się w ciepło i gwałtowny wzrost ciśnienia, a następnie w pracę mechaniczną.
Określenie „wewnętrzne spalanie” odnosi się do miejsca, w którym zachodzi ten proces. Mieszanka spala się w komorze spalania znajdującej się wewnątrz silnika, najczęściej w cylindrze. W silniku parowym paliwo ogrzewa wodę poza właściwym mechanizmem napędowym, natomiast w silniku spalinowym gazy powstałe podczas spalania bezpośrednio poruszają jego elementami.
Jak działa silnik spalinowy?
W typowym silniku czterosuwowym cykl pracy składa się z czterech powtarzających się etapów. Tłok porusza się w cylindrze w górę i w dół, a zawory sterują dopływem mieszanki oraz usuwaniem spalin.
| Suw | Co się dzieje? | Położenie zaworów |
|---|---|---|
| Ssanie | Tłok przesuwa się w dół, a do cylindra trafia mieszanka paliwowo-powietrzna albo samo powietrze, zależnie od rodzaju silnika. | Otwarty zawór dolotowy, zamknięty zawór wylotowy. |
| Sprężanie | Tłok porusza się w górę i zmniejsza objętość mieszanki lub powietrza. | Oba zawory są zamknięte. |
| Praca | Zapłon powoduje spalanie, wzrost ciśnienia i przesunięcie tłoka w dół. Jest to suw, który dostarcza energii mechanicznej. | Oba zawory są zamknięte. |
| Wydech | Tłok przesuwa się w górę i wypycha spaliny z cylindra. | Otwarty zawór wylotowy, zamknięty zawór dolotowy. |
W silniku benzynowym zapłon mieszanki wywołuje zwykle świeca zapłonowa. W silniku wysokoprężnym paliwo zapala się w wyniku wysokiej temperatury sprężonego powietrza. Niezależnie od tej różnicy spalanie zwiększa ciśnienie w cylindrze i naciska na tłok.
Tłok wykonuje ruch liniowy, czyli góra–dół. Nie może on bezpośrednio napędzać kół, dlatego jest połączony z wałem korbowym za pomocą korbowodu. Wał korbowy zamienia ruch tłoka na ruch obrotowy, a następnie przekazuje go do układu napędowego lub urządzenia roboczego.
Z czego składa się silnik spalinowy?
Najważniejsze elementy silnika pełnią różne funkcje, ale działają jako jeden układ:
- Cylinder – przestrzeń, w której porusza się tłok i zachodzi spalanie.
- Tłok – odbiera nacisk gazów powstałych podczas spalania i przekazuje go dalej przez korbowód.
- Zawory – zawór dolotowy doprowadza powietrze lub mieszankę, a zawór wylotowy usuwa spaliny.
- Świeca zapłonowa lub wtryskiwacz – świeca inicjuje zapłon w silniku benzynowym, natomiast wtryskiwacz dostarcza paliwo do komory spalania.
- Wał korbowy – przekształca ruch tłoka w obrót i przekazuje napęd dalej.
Czy silniki spalinowe się zmieniają?
Najczęściej kojarzą się z benzyną i olejem napędowym, ale sama zasada może działać także z innymi paliwami. Przykładem są konstrukcje przystosowane do spalania wodoru. Toyota rozwijała między innymi prototyp Toyota Hydrogen HIACE z silnikiem V6 zasilanym sprężonym wodorem.
Zmiana paliwa nie usuwa podstawowego mechanizmu. Nadal następuje spalanie wewnątrz cylindra, wzrost ciśnienia, ruch tłoka i obrót wału korbowego. Rozwijane rozwiązania mają przede wszystkim ograniczać emisję oraz dostosowywać silniki do nowych wymagań środowiskowych.
Najprościej mówiąc, silnik spalinowy pobiera energię z paliwa, wykorzystuje spalanie do poruszenia tłoka, a następnie zamienia ten ruch na obrót wału.
