W którym energia chemiczna paliwa spalanego w jego komorze roboczej (komorze spalania) zamieniana jest na pracę mechaniczną. Wyróżnia się silniki tłokowe, w których praca rozprężania gazowych produktów spalania realizowana jest w cylindrze (odbierana przez tłok, którego ruch posuwisto-zwrotny zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego) lub wykorzystywana jest bezpośrednio w napędzanej maszynie ; turbiny gazowe, w których praca rozprężania produktów spalania jest odbierana przez łopatki wirnika; reaktywne, które wykorzystują ciśnienie strumienia powstające podczas wypływania produktów spalania z dyszy. Termin „ICE” odnosi się przede wszystkim do silników tłokowych.
Odniesienie historyczne
Pomysł stworzenia silnika spalinowego po raz pierwszy zaproponował H. Huygens w 1678 roku; Jako paliwo miał służyć proch strzelniczy. Pierwszy wydajny silnik spalinowy na gaz skonstruował E. Lenoir (1860). Belgijski wynalazca A. Beau de Rocha zaproponował (1862) czterosuwowy cykl silników spalinowych: ssania, sprężania, spalania i rozprężania, wydechu. Niemieccy inżynierowie E. Langen i N. A. Otto stworzyli bardziej wydajny silnik gazowy; Otto zbudował silnik czterosuwowy (1876). W porównaniu z instalacją silnika parowego taki silnik spalinowy był prostszy i bardziej zwarty, ekonomiczny (sprawność sięgała 22%), miał niższy ciężar właściwy, ale wymagał paliwa wyższej jakości. W latach 80. XIX wieku O. S. Kostovich zbudował w Rosji pierwszy benzynowy silnik tłokowy z gaźnikiem. W 1897 r. R. Diesel zaproponował silnik z zapłonem samoczynnym paliwa. W latach 1898–99 produkowano w fabryce Ludwiga Nobla (St. Petersburg). diesel jeżdżą na oleju. Udoskonalenie silnika spalinowego umożliwiło zastosowanie go w pojazdach transportowych: ciągniku (USA, 1901), samolocie (O. i W. Wright, 1903), statku motorowym „Vandal” (Rosja, 1903), lokomotywie spalinowej (oprac. Ya. M. Gakkel, Rosja, 1924).
Klasyfikacja
Różnorodność form konstrukcyjnych silników spalinowych determinuje ich szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. Silniki spalinowe można klasyfikować według następujących kryteriów : według przeznaczenia (silniki stacjonarne - małe elektrownie, ciągnik samochodowy, statek, lokomotywa spalinowa, lotnictwo itp.); charakter ruchu części roboczych(silniki z tłokami posuwisto-zwrotnymi; silniki z tłokami obrotowymi - Silniki Wankla); układ cylindrów(silniki przeciwne, rzędowe, w kształcie gwiazdy, w kształcie litery V); sposób wykonania cyklu pracy(silniki czterosuwowe, dwusuwowe); według liczby cylindrów[od 2 (na przykład samochód Oka) do 16 (na przykład Mercedes-Benz S 600)]; metoda zapłonu mieszaniny palnej[silniki benzynowe z zapłonem wymuszonym (silniki o zapłonie iskrowym, DsIZ) i silniki Diesla z zapłonem samoczynnym]; metoda tworzenia mieszaniny[z zewnętrznym tworzeniem mieszanki (poza komorą spalania – gaźnik), głównie silniki benzynowe; z wewnętrznym tworzeniem mieszanki (w komorze spalania – wtrysk), silniki Diesla]; rodzaj układu chłodzenia(silniki chłodzone cieczą, silniki chłodzone powietrzem); położenie wałka rozrządu(silnik z górnym wałkiem rozrządu, z dolnym wałkiem rozrządu); rodzaj paliwa (benzyna, olej napędowy, silnik gazowy); sposób napełniania butli ( silniki wolnossące – „wolne”, doładowane). W przypadku silników wolnossących wlot powietrza lub palnej mieszanki odbywa się w wyniku podciśnienia w cylindrze podczas suwu ssania tłoka; w przypadku silników z doładowaniem (turbodoładowaniem) wlot powietrza lub palnej mieszaniny do cylindra roboczego następuje pod ciśnieniem wytwarzanym przez sprężarkę w celu uzyskania zwiększonej mocy silnika.
Przepływy pracy
Pod wpływem ciśnienia gazowych produktów spalania paliwa tłok wykonuje w cylindrze ruch posuwisto-zwrotny, który za pomocą mechanizmu korbowego zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego. Podczas jednego obrotu wału korbowego tłok dwukrotnie osiąga swoje skrajne położenia, w których zmienia się kierunek jego ruchu (rys. 1).
Te pozycje tłoka nazywane są zwykle martwymi punktami, ponieważ siła przyłożona w tym momencie do tłoka nie może powodować ruchu obrotowego wału korbowego. Położenie tłoka w cylindrze, w którym odległość osi sworznia tłokowego od osi wału korbowego osiąga maksimum, nazywa się górnym martwym punktem (GMP). Dolny martwy punkt (BDC) to położenie tłoka w cylindrze, przy którym odległość osi sworznia tłokowego od osi wału korbowego osiąga minimum. Odległość pomiędzy martwymi punktami nazywana jest skokiem tłoka (S). Każdy skok tłoka odpowiada obrotowi wału korbowego o 180°. Ruch tłoka w cylindrze powoduje zmianę objętości przestrzeni nad tłokiem. Objętość wewnętrznej wnęki cylindra, gdy tłok znajduje się w GMP, nazywana jest objętością komory spalania Vc. Objętość cylindra utworzonego przez tłok podczas jego ruchu pomiędzy martwymi punktami nazywana jest objętością roboczą cylindra Vc. Objętość przestrzeni nad tłokiem, gdy tłok znajduje się w BDC, nazywana jest całkowitą objętością cylindra V p = Vc + Vc. Pojemność skokowa silnika jest iloczynem pojemności skokowej cylindra i liczby cylindrów. Stosunek całkowitej objętości cylindra Vc do objętości komory spalania Vc nazywany jest stopniem sprężania E (dla benzyny DsIZ 6,5–11; dla silników Diesla 16–23).
Kiedy tłok porusza się w cylindrze, oprócz zmiany objętości płynu roboczego zmienia się jego ciśnienie, temperatura, pojemność cieplna i energia wewnętrzna. Cykl operacyjny to zespół kolejnych procesów przeprowadzanych w celu przekształcenia energii cieplnej paliwa w energię mechaniczną. Osiągnięcie częstotliwości cykli pracy jest zapewnione dzięki specjalnym mechanizmom i układom silnika.
Cykl pracy benzynowego czterosuwowego silnika spalinowego zamyka się w 4 skokach tłoka (skoku) w cylindrze, czyli w 2 obrotach wału korbowego (rys. 2).
Pierwszy skok to wlot, w którym układ dolotowy i paliwowy zapewniają utworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od konstrukcji mieszanka powstaje w kolektorze dolotowym (wtrysk centralny i rozproszony w silnikach benzynowych) lub bezpośrednio w komorze spalania (wtrysk bezpośredni w silnikach benzynowych, wtrysk w silnikach Diesla). Kiedy tłok przesuwa się z GMP do DMP w cylindrze (w wyniku wzrostu objętości), powstaje podciśnienie, pod wpływem którego palna mieszanina (pary benzyny z powietrzem) przedostaje się przez otwierający się zawór dolotowy. Ciśnienie w zaworze dolotowym w silnikach wolnossących może być zbliżone do atmosferycznego, a w silnikach doładowanych może być wyższe (0,13–0,45 MPa). W cylindrze palna mieszanina miesza się z pozostałymi w niej spalinami z poprzedniego cyklu pracy i tworzy mieszaninę roboczą. Drugi suw to sprężanie, podczas którego zawory dolotowe i wydechowe są zamykane przez wałek rozrządu, a mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana w cylindrach silnika. Tłok przesuwa się do góry (od BDC do GMP). Ponieważ objętość w cylindrze maleje, mieszanina robocza jest sprężana do ciśnienia 0,8–2 MPa, temperatura mieszaniny wynosi 500–700 K. Pod koniec suwu sprężania mieszanina robocza jest zapalana iskrą elektryczną i szybko się wypala (w 0,001–0,002 s). W tym przypadku uwalniana jest duża ilość ciepła, temperatura osiąga 2000–2600 K, a rozprężające się gazy wytwarzają silny nacisk (3,5–6,5 MPa) na tłok, przesuwając go w dół. Trzeci skok to suw mocy, któremu towarzyszy zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Siła ciśnienia gazu przesuwa tłok w dół. Ruch tłoka w mechanizmie korbowym zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego, który następnie wykorzystywany jest do napędzania pojazdu. Zatem podczas suwu roboczego energia cieplna zamieniana jest na pracę mechaniczną. Czwarty suw to wydech, w którym tłok po wykonaniu użytecznej pracy porusza się w górę i wypycha, przez otwierający się zawór wydechowy mechanizmu dystrybucji gazu, spaliny z cylindrów do układu wydechowego, gdzie są one oczyszczane, chłodzone i zmniejszony hałas. Następnie gazy przedostają się do atmosfery. Proces wydechu można podzielić na wstępny (ciśnienie w cylindrze jest znacznie wyższe niż w zaworze wydechowym, natężenie przepływu spalin w temperaturach 800–1200 K wynosi 500–600 m/s) i główny (prędkość na końcu wydechu wynosi 60–160 m/s). Uwalnianiu się gazów spalinowych towarzyszy efekt dźwiękowy, który pochłaniają zamontowane tłumiki. Podczas cyklu pracy silnika praca użyteczna wykonywana jest tylko podczas suwu mocy, a pozostałe trzy suwy mają charakter pomocniczy. Aby zapewnić równomierny obrót wału korbowego, na jego końcu zamontowane jest koło zamachowe o znacznej masie. Koło zamachowe odbiera energię podczas suwu roboczego i oddaje jej część do wykonywania suwów pomocniczych.
Cykl pracy dwusuwowego silnika spalinowego odbywa się w dwóch skokach tłoka lub w jednym obrocie wału korbowego. Procesy sprężania, spalania i rozprężania są prawie identyczne z odpowiadającymi im procesami silnika czterosuwowego. Moc silnika dwusuwowego przy tych samych wymiarach cylindrów i prędkości obrotowej wału jest teoretycznie 2 razy większa niż silnika czterosuwowego ze względu na dużą liczbę cykli pracy. Jednak utrata części objętości roboczej praktycznie prowadzi do wzrostu mocy tylko o 1,5–1,7 razy. Do zalet silników dwusuwowych należy również większa równomierność momentu obrotowego, ponieważ przy każdym obrocie wału korbowego realizowany jest pełny cykl pracy. Istotną wadą procesu dwusuwowego w porównaniu do procesu czterosuwowego jest krótki czas przeznaczony na proces wymiany gazowej. Sprawność silników spalinowych zasilanych benzyną wynosi 0,25–0,3.
Cykl pracy silników spalinowych na gaz jest podobny do silników benzynowych. Gaz przechodzi przez następujące etapy: odparowanie, oczyszczenie, stopniową redukcję ciśnienia, podanie określonej ilości do silnika, zmieszanie z powietrzem i zapalenie iskry roboczej mieszanki.
Cechy konstrukcyjne
Silnik spalinowy to złożony zespół techniczny zawierający szereg układów i mechanizmów. w kon. XX wiek Zasadniczo dokonano przejścia z gaźnikowych układów zasilania silników spalinowych na wtryskowe, przy czym zwiększono równomierność dystrybucji i dokładność dawkowania paliwa pomiędzy cylindrami oraz możliwe stało się (w zależności od trybu) bardziej elastyczne sterowanie powstawaniem mieszanka paliwowo-powietrzna przedostająca się do cylindrów silnika. Pozwala to zwiększyć moc i wydajność silnika.
Tłokowy silnik spalinowy składa się z obudowy, dwóch mechanizmów (korbowego i rozprowadzającego gaz) oraz szeregu układów (układ dolotowy, paliwowy, zapłonowy, smarowania, chłodzenia, wydechowy i sterujący). Korpus silnika spalinowego tworzą stałe (blok cylindrów, skrzynia korbowa, głowica cylindrów) i ruchome zespoły i części, które są połączone w grupy: tłok (tłok, sworzeń, pierścienie sprężające i olejowe), korbowód, wał korbowy. Układ zasilania przeprowadza przygotowanie palnej mieszanki paliwa i powietrza w proporcji odpowiadającej trybowi pracy oraz w ilości zależnej od mocy silnika. Sytem zapłonu DsIZ przeznaczony jest do zapłonu mieszanki roboczej iskrą za pomocą świecy zapłonowej w ściśle określonych momentach w każdym cylindrze, w zależności od trybu pracy silnika. Układ rozruchowy (rozrusznik) służy do wstępnego rozkręcenia wału silnika spalinowego w celu niezawodnego zapalenia paliwa. System zasilania powietrzem zapewnia oczyszczanie powietrza i redukcję hałasu zasysanego przy minimalnych stratach hydraulicznych. Pod ciśnieniem włączana jest jedna lub dwie sprężarki i, jeśli to konieczne, chłodnica powietrza. Układ wydechowy usuwa spaliny. wyczucie czasu zapewnia terminowy pobór świeżego ładunku mieszanki do cylindrów i spalin. Układ smarowania służy do zmniejszenia strat tarcia i zmniejszenia zużycia elementów ruchomych, a czasami do chłodzenia tłoków. System chłodzenia utrzymuje wymagane termiczne warunki pracy silnika spalinowego; może być cieczą lub powietrzem. System sterowania przeznaczony jest do koordynowania pracy wszystkich elementów silnika spalinowego w celu zapewnienia jego wysokich osiągów, niskiego zużycia paliwa oraz wymaganych wskaźników środowiskowych (toksyczności i hałasu) we wszystkich trybach pracy, w różnych warunkach pracy, przy zadanej niezawodności.
Główną przewagą silników spalinowych nad innymi silnikami jest ich niezależność od stałych źródeł energii mechanicznej, małe wymiary i masa, co sprawia, że są one szeroko stosowane w samochodach, maszynach rolniczych, lokomotywach spalinowych, statkach, samobieżnym sprzęcie wojskowym itp. Instalacje z silnikami spalinowymi z reguły mają dużą autonomię, można je po prostu zainstalować w pobliżu lub w samym obiekcie zużycia energii, na przykład w mobilnych elektrowniach, samolotach itp. Jedną z pozytywnych cech silników spalinowych jest zdolność do szybkiego uruchomienia w normalnych warunkach. Silniki pracujące w niskich temperaturach wyposażone są w specjalne urządzenia ułatwiające i przyspieszające rozruch.
Wadami silników spalinowych są: ograniczona moc łączna w porównaniu np. z turbinami parowymi; wysoki poziom hałasu; stosunkowo duża prędkość obrotowa wału korbowego podczas rozruchu i niemożność bezpośredniego podłączenia go do kół napędowych konsumenta; toksyczność gazów spalinowych. Główną cechą konstrukcyjną silnika jest ruch posuwisto-zwrotny tłoka, który ogranicza prędkość obrotową, powodując występowanie niezrównoważonych sił bezwładności i momentów od nich.
Udoskonalanie silników spalinowych ma na celu zwiększenie ich mocy, sprawności, zmniejszenie masy i wymiarów, spełnienie wymagań środowiskowych (zmniejszenie toksyczności i hałasu), zapewnienie niezawodności przy akceptowalnym stosunku ceny do jakości. Oczywistym jest, że silnik spalinowy nie jest wystarczająco ekonomiczny i w rzeczywistości ma niską wydajność. Pomimo wszystkich chwytów technologicznych i „inteligentnej” elektroniki, sprawność nowoczesnych silników benzynowych wynosi ok. trzydzieści%. Najbardziej ekonomiczne silniki spalinowe Diesla mają sprawność na poziomie 50%, czyli nawet one emitują do atmosfery połowę paliwa w postaci substancji szkodliwych. Jednak ostatnie osiągnięcia pokazują, że silniki spalinowe mogą być naprawdę wydajne. W EcoMotors International Przeprojektowano silnik spalinowy, w którym zachowano tłoki, korbowody, wał korbowy i koło zamachowe, ale nowy silnik jest o 15-20% wydajniejszy, a także znacznie lżejszy i tańszy w produkcji. W takim przypadku silnik może pracować na kilku rodzajach paliwa, w tym na benzynie, oleju napędowym i etanolu. Osiągnięto to dzięki przeciwstawnej konstrukcji silnika, w którym komorę spalania tworzą dwa zbliżające się do siebie tłoki. W tym przypadku silnik jest dwusuwowy i składa się z dwóch modułów po 4 tłoki każdy, połączonych specjalnym elektronicznie sterowanym sprzęgłem. Silnik jest w pełni sterowany elektronicznie, co zapewnia wysoką wydajność i minimalne zużycie paliwa.
Silnik wyposażony jest w sterowaną elektronicznie turbosprężarkę, która wykorzystuje energię gazów spalinowych i wytwarza energię elektryczną. Ogólnie rzecz biorąc, silnik ma prostą konstrukcję i zawiera o 50% mniej części niż silnik konwencjonalny. Nie ma bloku głowicy cylindrów, jest wykonany ze zwykłych materiałów. Silnik jest bardzo lekki: na 1 kg masy wytwarza ponad 1 litr mocy. Z. (ponad 0,735 kW). Doświadczony silnik EcoMotors EM100 o wymiarach 57,9 x 104,9 x 47 cm waży 134 kg i wytwarza 325 KM. Z. (około 239 kW) przy 3500 obr./min (diesel), średnica cylindra 100 mm. Planowane zużycie paliwa pięciomiejscowego samochodu z silnikiem EcoMotors będzie wyjątkowo niskie – na poziomie 3-4 litrów na 100 km.
Firma Grail Engine Technologies opracował unikalny dwusuwowy silnik o wysokich osiągach. Tak więc przy zużyciu 3–4 litrów na 100 km silnik wytwarza moc 200 KM. Z. (ok. 147 kW). Silnik o mocy 100 KM. Z. waży niecałe 20 kg i ma moc 5 KM. Z. – tylko 11 kg. Jednocześnie silnik spalinowy„Silnik Graala” spełniają najbardziej rygorystyczne normy środowiskowe. Sam silnik składa się z prostych części, wytwarzanych głównie metodą odlewania (ryc. 3). Takie cechy są powiązane ze schematem działania Silnika Graala. Gdy tłok porusza się w górę, na dole wytwarza się podciśnienie, które przedostaje się do komory spalania przez specjalny zawór z włókna węglowego. W pewnym momencie ruchu tłoka zaczyna być podawane paliwo, następnie w górnym martwym punkcie za pomocą trzech konwencjonalnych elektrycznych świec zapłonowych zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna, a zawór w tłoku zamyka się. Tłok opada, cylinder wypełnia się spalinami. Po osiągnięciu dolnego martwego punktu tłok zaczyna ponownie poruszać się w górę, strumień powietrza przewietrza komorę spalania, wypychając spaliny, a cykl pracy się powtarza.
Kompaktowy i mocny silnik Grail jest idealny do pojazdów hybrydowych, w których silnik benzynowy wytwarza energię elektryczną, a silniki elektryczne napędzają koła. W takiej maszynie „Silnik Graala” będzie pracował w trybie optymalnym bez nagłych skoków mocy, co znacznie zwiększy jego trwałość, zmniejszy hałas i zużycie paliwa. Jednocześnie modułowa konstrukcja pozwala na podłączenie dwóch lub więcej jednocylindrowych „silników Graala” do wspólnego wału korbowego, co umożliwia tworzenie silników rzędowych o różnej mocy.
W silnikach ICE wykorzystuje się zarówno konwencjonalne paliwa silnikowe, jak i paliwa alternatywne. Obiecujące jest zastosowanie wodoru w transportowych silnikach spalinowych, który charakteryzuje się wysokim ciepłem spalania, a w spalinach nie ma CO i CO 2 . Problemem jest jednak wysoki koszt jego pozyskania i przechowywania na pokładzie pojazdu. Testowane są opcje kombinowanych (hybrydowych) zespołów napędowych pojazdów, w których współpracują silniki spalinowe i elektryczne.
Zasada działania benzynowego zespołu napędowego jest następująca: niewielka objętość mieszanki paliwowej dostaje się do komory spalania, gdzie zapala się i eksploduje, w wyniku czego uwalniana jest pewna energia. W silniku spalinowym dochodzi do kilkuset takich eksplozji na minutę.
Gaz rozprężający się w komorze spalania naciska na tłok (M), który za pomocą korbowodu (N) obraca wał korbowy (P).
Cykl pracy silnika benzynowego składa się z następujących etapów:
Skok wlotowy. W tym momencie tłok zaczyna przesuwać się w dół, a zawór dolotowy otwiera się. Mieszanka paliwowo-powietrzna dostaje się do cylindra.
Kompresja. Tłok zaczyna poruszać się w górę, ściskając w ten sposób mieszaninę w cylindrach, co jest niezbędne do uwolnienia większej ilości energii podczas późniejszej eksplozji.
Udar roboczy. Kiedy tłok podnosi się do górnego martwego punktu w cylindrze, włącza się świeca zapłonowa i zapala się mieszanka paliwowa. Po eksplozji tłok przesuwa się w dół.
Zwolnij skok. Po osiągnięciu przez tłok najniższego punktu otwiera się zawór wydechowy, przez który produkty spalania opuszczają komorę.
Po wyjściu produktów spalania rozpoczyna się nowy cykl pracy silnika spalinowego.
Efektem pracy zespołu napędowego jest wytworzenie ruchu obrotowego, który optymalnie nadaje się do obracania kół samochodu. Osiąga się to poprzez zastosowanie wału korbowego, który zamienia energię liniową na obrót.
Konstrukcja i główne części benzynowych silników spalinowych
Cylinder - najważniejsza część silnika benzynowego, w której porusza się tłok na skutek eksplozji mieszanki paliwowej. W przykładzie opisanym powyżej mówimy o jednym cylindrze. Urządzenie takie może posiadać silnik do łodzi motorowej lub kosiarki. Silniki samochodowe mają więcej cylindrów - trzy, cztery, pięć, sześć, osiem, dwanaście lub więcej.
Układ cylindrów w silniku spalinowym może być następujący:
- w linii:
- W kształcie litery V:
- naprzeciwko(cylindry są umieszczone poziomo naprzeciw siebie):
Każdy układ cylindrów ma swoje wady i zalety, które determinują charakterystykę niektórych silników i koszty ich produkcji.
Ta część jest wykonana w postaci metalowego cylindra i porusza się w górę i w dół wewnątrz cylindra silnika.
Zawory. Może być wlotem (A) lub wylotem (J). Otwierają się przy różnych skokach silnika. Mieszanka paliwowo-powietrzna dostarczana jest przez wlot, a spaliny wychodzą przez wydech. Podczas sprężania i spalania paliwa wszystkie zawory są zamknięte.
Świeca (DO). Za ich pomocą dostarczana jest iskra niezbędna do zapalenia paliwa. Prawidłowa praca silnika oznacza dokładny moment dostarczenia iskry (wczesny lub późny zapłon - awarie). Na każdy cylinder silnika przypada co najmniej jedna świeca zapłonowa.
Pierścienie tłokowe (M). Stanowią uszczelkę ślizgową pomiędzy tłokiem a ścianką cylindra.
Za ich pomocą wykonywane są następujące funkcje:
Mieszanka paliwowo-powietrzna nie przedostaje się z komory spalania do skrzyni korbowej podczas pracy silnika;
Zapobiega przenikaniu oleju silnikowego ze skrzyni korbowej do komór spalania.
W samochodach charakteryzujących się dużym zużyciem oleju, utrata oleju w 90% przypadków następuje na skutek zużycia pierścieni tłokowych. Zużycie pierścieni można zrozumieć, mierząc kompresję silnika na stacji serwisowej. Warto jednak zrozumieć, że jeśli pierścienie zgarniające olej ulegną koksowaniu, pierścienie uszczelniające mogą być w porządku, co oznacza, że kompresja będzie normalna, chociaż nadszedł czas na wymianę pierścieni.
Wał korbowy (R). Za jego pomocą ruchy translacyjne tłoków przekształcane są w ruch obrotowy. Do wału korbowego przymocowane jest koło zamachowe, które jest niezbędne do uruchomienia silnika - Bendix rozrusznika obraca koronę zębami. Kosz sprzęgła jest również przymocowany do koła zamachowego. Na drugim końcu wału korbowego znajduje się koło pasowe. Koło pasowe obraca napęd rozrządu za pośrednictwem napędu pasowego lub łańcuchowego. Niektóre konstrukcje silników mają dodatkowe koła pasowe, które służą do obracania osprzętu.
Furman (G). Zawiera wał korbowy i trochę oleju silnikowego.
korbowód (N). Służy do połączenia ze sobą wału korbowego i tłoka.
Wał rozrządczy (I). Jego zadaniem jest terminowe otwieranie i zamykanie zaworów wydechowych i dolotowych.
Kompensatory hydrauliczne (nie pokazano na schemacie). Nie są stosowane we wszystkich silnikach, służą do automatycznej regulacji szczeliny między wałkiem rozrządu a zaworami. Jeśli ich nie ma, szczelinę reguluje się za pomocą specjalnych podkładek, a tę procedurę należy wykonać na stacji serwisowej przy określonym przebiegu silnika.
Blok cylindrów (F). Największą częścią silnika jest jego podstawa. Może to być żeliwo lub aluminium. Górna część bloku zawiera głowicę (D) i pokrywę zaworu (B). Otworami roboczymi bloku są cylindry silnika.
Załączniki.
Nie jest to pokazane na powyższym schemacie, ale warto opisać to nieco bardziej szczegółowo. Wszystkie załączniki składają się z odrębnych niezależnych urządzeń lub elementów różnych systemów. To przede wszystkim:
Generator. Służy do zamiany energii mechanicznej na energię elektryczną niezbędną do zasilania sieci pokładowej pojazdu i ładowania akumulatora. Działający samochód zasila swoją elektronikę z generatora.
Rozrusznik. Samochód uruchamia się za jego pomocą.
Urządzenia te służą do przygotowania mieszanki paliwowo-powietrznej. Gaźnik nie jest już używany w stosunkowo nowych samochodach. Obecnie producenci stosują listwę paliwową z dyszami i wtryskiwaczem.
W niektórych silnikach benzynowych stosowana jest również wysokociśnieniowa pompa paliwa. Jego zadaniem jest przepompowanie określonej ilości paliwa pod ciśnieniem oraz regulacja momentu i ilości jego podawania.
Turbosprężarka (turbina) . Zapewnia wymuszony dopływ powietrza do cylindrów, zwiększając w ten sposób jego moc.
Pompa wodna (pompa) systemy chłodzenia. Odpowiedzialny za cyrkulację środka przeciw zamarzaniu w całym systemie. Warto zwrócić uwagę na termostat układu chłodzenia, który uwalnia płyn niezamarzający w małym lub dużym kółku (w zależności od stopnia nagrzania płynu chłodzącego).
Sprężarka klimatyzacji. Odpowiada za obieg czynnika chłodniczego w układzie klimatyzacji.
Pompa wspomagania kierownicy (wspomagania kierownicy). Przenosi płyn wspomagania układu kierowniczego przez układ kierowniczy.
Różne czujniki, regulatory i urządzenia. Czujniki ciśnienia oleju, masowego przepływu powietrza (MAF), IAC (kontrola powietrza na biegu jałowym), położenie przepustnicy, sam zawór przepustnicy, DPKV (czujnik położenia wału korbowego), CPRV (czujnik położenia wałka rozrządu) itp. Powyższe urządzenia monitorują pracę jednostki napędowej, regulują dopływ powietrza i przekazują informacje do różnych komputerów i deski rozdzielczej.
Klasyfikacja benzynowych silników spalinowych
Oprócz powyższej klasyfikacji silników benzynowych samochodów według układu cylindrów, mogą się one również różnić:
Sposób tworzenia mieszanki (wtrysk i gaźnik).
Według liczby cylindrów (cztery, osiem itd.).
W zależności od stopnia kompresji (wysoki lub niski stopień).
Turbodoładowany i wolnossący.
Silniki obrotowe. Nie są powszechnie stosowane, są stosowane w kilku modelach samochodów (np. Samochody serii Mazda RX).
Możesz dowiedzieć się o typach układów silnika
Żywotność i remonty silników benzynowych
Najczęściej te pytania zadają kierowcy, którzy kupują samochód na rynku wtórnym. Nikt nie chce w najbliższej przyszłości „skończyć się” na szybkim remoncie lub nawet wymianie silnika. Jakie są więc zasoby nowoczesnego benzynowego silnika spalinowego?
Wielu miłośników motoryzacji wciąż słyszy informacje o starych, niezawodnych silnikach importowanych („silniki za milion dolarów”), które bez problemu wytrzymują 300–500 tys. km przed kapitalnym remontem, a potem – tyle samo.
Teraz sytuacja uległa radykalnej zmianie. Współcześni producenci (zwłaszcza samochody budżetowe) nie dążą do maksymalizacji żywotności silnika swoich modeli. A cena samochodów z takimi jednostkami napędowymi nie mieściłaby się w kategorii „budżetowej”.
Ponadto wiele niedrogich silników spalinowych nie ma części zamiennych, co oznacza remont generalny obejmujący wytaczanie cylindrów, szlifowanie głowicy itp. nie da się tego przeprowadzić.
Żywotność nowoczesnych silników benzynowych wynosi 150–300 tysięcy, po czym niektóre z nich można „remontować”, a niektóre trzeba będzie całkowicie wymienić.
Na żywotność silnika spalinowego wpływa nie tylko jakość obsługi i styl jazdy konkretnego kierowcy (niektórzy lubią kręcić zimny silnik do granic możliwości, inni długo rozgrzewają silnik na biegu jałowym) , co również jest szkodliwe itp.).
Współczesny trend zwiększania mocy silnika bez zmiany jego objętości doprowadził do zastosowania turbodoładowania. Mały, lekki silnik z turbosprężarką stale pracuje pod zwiększonym obciążeniem, co przyczynia się do jego szybkiego zużycia. Warto zrozumieć, że przy wszystkich innych czynnikach zasób atmosferycznego silnika spalinowego jest wyższy niż tego samego, ale z turbiną. Silniki rotacyjne wytrzymują tylko 80-120 tys. km. Jedno jest pewne - im mniej „koni” zostanie usuniętych z cm sześciennego silnika, tym dłuższe będą jego zasoby.
Struktura silnika spalinowego na filmie:
Takie oznaczenia często można spotkać na stronach internetowych poświęconych tematyce motoryzacyjnej i nie bez powodu nie ma nic skomplikowanego w rozszyfrowaniu tego skrótu, co oznacza, że jest to silnik spalinowy, który każdy zna. ICE jest jego skróconą wersją. Jest to tzw. silnik cieplny, którego główną cechą jest zamiana energii chemicznej na pracę mechaniczną poprzez wykonanie określonej listy prac w odpowiedniej kolejności.
Istnieje kilka rodzajów silników: tłokowe, turbinowe i tłokowe obrotowe. Oczywiście najbardziej znanym i popularnym obecnie jest silnik tłokowy. Dlatego demontaż i przestudiowanie zasady działania zostanie rozważone na jego przykładzie. Ogólnie rzecz biorąc, schemat i charakter pracy dla wszystkich trzech typów mają podobną zasadę.
Wśród głównych zalet prezentowanego silnika, który otrzymał najszersze zastosowanie, możemy zauważyć: wszechstronność, autonomię, koszt, lekkość, kompaktowość, wielopaliwowe.
Ale pomimo tak imponującego odsetka pozytywnych aspektów, istnieje również wiele wad. Należą do nich poziom hałasu, duża prędkość obrotowa wału, toksyczność gazów spalinowych, krótka żywotność, niska wydajność.
W zależności od rodzaju stosowanego paliwa rozróżnia się olej napędowy i benzynę. Te ostatnie cieszą się największym zainteresowaniem i popularnością. Wśród paliw alternatywnych można zastosować gaz ziemny oraz paliwa z tzw. grupy alkoholowej – etanol, metanol, wodór.
Najbardziej obiecujący w przyszłości może być silnik wodorowy, biorąc pod uwagę obecnie zwiększoną dbałość o środowisko. Przecież ten silnik nie emituje szkodliwych substancji. Oprócz silnika wodór służy do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystywanej w mechanizmach paliwowych pojazdu.
Urządzenie ICE
Wśród głównych elementów silnika spalinowego warto wyróżnić korpus główny, dwa główne mechanizmy (rozdzielanie gazu i korbowy), a także szereg powiązanych ze sobą układów, takich jak: paliwowy, dolotowy, zapłonowy, chłodzący, sterujący, smarujący , wydech.
Korpus jest połączony z blokiem cylindrów i głowicą cylindrów. Mechanizm korbowy umożliwia zamianę ruchów posuwisto-zwrotnych tłoka na ruchy obrotowe wału korbowego. Pasek rozrządu zapewnia terminowe dostarczanie powietrza lub paliwa do układu, a także emisję spalin.
Układ dolotowy odpowiada za dostarczanie powietrza do silnika, natomiast układ paliwowy odpowiada za paliwo. Wspólna praca tych układów lub kompleksów zapewnia powstawanie tzw. Masy paliwowo-powietrznej. Główne miejsce w układzie paliwowym zajmuje układ wtryskowy.
Zapłon powoduje wymuszony zapłon powyższej mieszanki w silnikach benzynowych. W silnikach Diesla proces jest nieco prostszy, ponieważ mieszanina ulega samozapłonowi.
Smarowanie pozwala odciążyć części, pomiędzy którymi występuje tarcie. Układ chłodzenia odpowiada za szybkie schłodzenie mechanizmów i części silnika spalinowego. Jedną z ważnych funkcji pełni układ wydechowy, który umożliwia usuwanie spalin, a także zmniejsza ich hałas i toksyczność.
EMS, czyli układ sterowania silnikiem, zapewnia elektroniczne monitorowanie i sterowanie wszystkimi układami silnika i powiązanymi zespołami.
Zasada działania
Zasada działania opiera się na efekcie rozprężania gazów pod wpływem ciepła powstającego podczas spalania mieszanki utworzonej przez układ paliwowo-powietrzny. Dzięki temu tłoki poruszają się w cylindrach.
Wszystkie silniki tłokowe działają cyklicznie. Oznacza to, że każdy cykl występuje w kilku obrotach wału i odpowiednio obejmuje cztery uderzenia. Tak zwane silniki czterosuwowe. Lista suwów: wlot, sprężanie, suw mocy, wydech.
Podczas wykonywania pracy ssania i suwu mocy tłok przesuwa się w dół. Z tego powodu cykliczność nie pokrywa się w każdym z cylindrów. Biorąc to pod uwagę, osiąga się płynną i równomierną pracę silnika. Istnieją również silniki dwusuwowe, w których jeden cykl spalania obejmuje tylko sprężanie i suw mocy.
Taktowanie
Podczas tego suwu oba układy (dolotowy i paliwowy) zapewniają utworzenie masy powietrzno-paliwowej. Biorąc pod uwagę różne konfiguracje i konstrukcje silników, mieszanina może tworzyć się bezpośrednio w kolektorze dolotowym lub w samej komorze spalania. W momencie otwarcia zaworów rozrządu dolotowego powietrze lub mieszanka paliwowo-powietrzna podczas ruchu tłoka przedostaje się bezpośrednio do komory spalania pod wpływem siły podciśnienia.
Udar kompresyjny
Podczas sprężania odpowiednie zawory dolotowe zamykają się, a mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana w cylindrach.
Udar roboczy
Suwowi temu towarzyszy powstawanie płomienia, w zależności od rodzaju paliwa, jak już wspomniano, wymuszonego lub niezależnego. W rezultacie powstaje duża ilość gazów. A oni z kolei wywierają nacisk na sam tłok, zmuszając go do ruchu w dół. A dzięki mechanizmowi korbowemu ruch tłoka zamieniany jest na ruchy obrotowe przenoszone na wał korbowy, ten z kolei służy do poruszania samochodem.
Zwolnij skok
Podczas ostatniego suwu otwierają się zawory wydechowe mechanizmu, przez które usuwane są spaliny. Następnie są one czyszczone, wyciszane i chłodzone. Następnie gazy są uwalniane do atmosfery.
Jeśli dokładnie przeanalizujesz przeczytane informacje, możesz zrozumieć, dlaczego silniki spalinowe mają niską wydajność. Mianowicie 40%, czyli dokładnie tyle pracy wykonuje się w określonym czasie, podczas pracy jednego cylindra. Reszta jednocześnie zapewnia odpowiednio wlot, kompresję i wydech.
Silnik spalinowy, w skrócie ICE, jest najpowszechniejszym typem silnika spotykanym w samochodach. Pomimo tego, że silnik spalinowy we współczesnych samochodach składa się z wielu części, jego zasada działania jest niezwykle prosta. Przyjrzyjmy się bliżej, czym jest silnik spalinowy i jak działa w samochodzie.
ICE co to jest?
Silnik spalinowy to rodzaj silnika cieplnego, w którym część energii chemicznej uzyskanej ze spalania paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną napędzającą mechanizmy.
Silniki ICE dzielą się na kategorie według cykli pracy: dwusuwowe i czterosuwowe. Wyróżnia je także sposób przygotowania mieszanki paliwowo-powietrznej: z tworzeniem mieszanki zewnętrznej (wtryskiwacze i gaźniki) i wewnętrznej (jednostki wysokoprężne). W zależności od sposobu przetwarzania energii w silnikach dzieli się je na tłokowe, strumieniowe, turbinowe i kombinowane.
Podstawowe mechanizmy silnika spalinowego
Silnik spalinowy składa się z ogromnej liczby elementów. Ale są podstawowe, które charakteryzują jego działanie. Przyjrzyjmy się budowie silnika spalinowego i jego głównym mechanizmom.
1. Cylinder jest najważniejszą częścią jednostki napędowej. Silniki samochodowe mają zazwyczaj cztery lub więcej cylindrów, do szesnastu w produkowanych supersamochodach. Układ cylindrów w takich silnikach może być trzech rzędów: liniowy, w kształcie litery V i przeciwny.
2. Świeca zapłonowa wytwarza iskrę, która zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Dzięki temu zachodzi proces spalania. Aby silnik pracował jak zegarek, iskra musi być dostarczona dokładnie w odpowiednim momencie.
3. Zawory dolotowe i wydechowe również działają tylko w określonych momentach. Jedna otwiera się, gdy trzeba wpuścić kolejną porcję paliwa, druga, gdy trzeba odpuścić spaliny. Obydwa zawory są szczelnie zamknięte, gdy w silniku występują suwy sprężania i spalania. Zapewnia to niezbędną całkowitą szczelność.
4. Tłok to metalowa część w kształcie cylindra. Tłok porusza się w górę i w dół wewnątrz cylindra.
5. Pierścienie tłokowe pełnią funkcję uszczelnień ślizgowych pomiędzy zewnętrzną krawędzią tłoka a wewnętrzną powierzchnią cylindra. Ich użycie wynika z dwóch celów:
Zapobiegają przedostawaniu się palnej mieszanki do skrzyni korbowej silnika spalinowego z komory spalania w momentach sprężania i suwu mocy.
Zapobiegają przedostawaniu się oleju ze skrzyni korbowej do komory spalania, gdzie może się zapalić. Wiele samochodów spalających olej ma starsze silniki, a ich pierścienie tłokowe nie są już prawidłowo uszczelniane.
6. Korbowód służy jako element łączący tłok z wałem korbowym.
7. Wał korbowy przekształca ruchy postępowe tłoków w ruchy obrotowe.
8. Skrzynia korbowa znajduje się wokół wału korbowego. W jego dolnej części (misce) zbiera się pewna ilość oleju.
Zasada działania silnika spalinowego
W poprzednich sekcjach zbadaliśmy cel i konstrukcję silnika spalinowego. Jak już zrozumiałeś, każdy taki silnik ma tłoki i cylindry, wewnątrz których energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną. To z kolei powoduje ruch samochodu. Proces ten powtarza się z niesamowitą częstotliwością – kilka razy na sekundę. Dzięki temu wał korbowy wychodzący z silnika obraca się w sposób ciągły.
Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania silnika spalinowego. Mieszanka paliwa i powietrza dostaje się do komory spalania przez zawór wlotowy. Następnie jest sprężany i zapalany przez iskrę ze świecy zapłonowej. Podczas spalania paliwa w komorze powstaje bardzo wysoka temperatura, co prowadzi do nadmiernego ciśnienia w cylindrze. Powoduje to ruch tłoka w kierunku „martwego punktu”. W ten sposób wykonuje jeden roboczy ruch. Kiedy tłok przesuwa się w dół, obraca wał korbowy przez korbowód. Następnie przemieszczając się od dolnego do górnego martwego punktu, wypycha odpady w postaci gazów przez zawór wydechowy dalej do układu wydechowego maszyny.
Skok to proces zachodzący w cylindrze podczas jednego skoku tłoka. Zbiór takich cykli, które powtarzają się w ściśle określonej kolejności i przez pewien okres, to cykl pracy silnika spalinowego.
Wlot
Suw ssący jest pierwszy. Zaczyna się od górnego martwego punktu tłoka. Porusza się w dół, zasysając mieszankę paliwa i powietrza do cylindra. Skok ten występuje, gdy zawór wlotowy jest otwarty. Nawiasem mówiąc, istnieją silniki, które mają kilka zaworów dolotowych. Ich właściwości techniczne znacząco wpływają na moc silnika spalinowego. W niektórych silnikach można dostosować czas, przez jaki zawory dolotowe pozostają otwarte. Reguluje się to poprzez naciśnięcie pedału gazu. Dzięki temu systemowi zwiększa się ilość zasysanego paliwa, a po jego zapłonie moc jednostki napędowej znacznie wzrasta. W takim przypadku samochód może znacznie przyspieszyć.
Kompresja
Drugim suwem mocy silnika spalinowego jest sprężanie. Gdy tłok osiągnie dolny martwy punkt, podnosi się. Z tego powodu mieszanina wchodząca do cylindra jest sprężana podczas pierwszego skoku. Mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana do wielkości komory spalania. Jest to ta sama wolna przestrzeń pomiędzy górnymi częściami cylindra i tłokiem, która znajduje się w jego górnym martwym punkcie. W momencie tego skoku zawory są szczelnie zamknięte. Im bardziej szczelna jest uformowana przestrzeń, tym lepsze uzyskuje się ściskanie. Bardzo ważne jest w jakim stanie jest tłok, jego pierścienie i cylinder. Jeśli gdzieś są luki, nie można mówić o dobrej kompresji, w związku z czym moc jednostki napędowej będzie znacznie niższa. Stopień sprężania określa stopień zużycia jednostki napędowej.
Udar roboczy
To trzecie uderzenie zaczyna się w górnym martwym punkcie. I nie przez przypadek otrzymała tę nazwę. To właśnie podczas tego skoku w silniku zachodzą procesy poruszające samochodem. W tym suwie podłączony jest układ zapłonowy. Odpowiada za zapalenie mieszanki paliwowo-powietrznej sprężonej w komorze spalania. Zasada pracy silnika spalinowego w tym suwie jest bardzo prosta – układ świecy zapłonowej wytwarza iskrę. Po zapaleniu paliwa następuje mikroeksplozja. Następnie gwałtownie zwiększa swoją objętość, zmuszając tłok do gwałtownego ruchu w dół. Zawory w tym suwie są w stanie zamkniętym, podobnie jak w poprzednim.
Uwolnienie
Ostatnim suwem silnika spalinowego jest wydech. Po suwie mocy tłok osiąga dolny martwy punkt i wówczas otwiera się zawór wydechowy. Następnie tłok porusza się w górę i przez ten zawór wyrzuca spaliny z cylindra. Jest to proces wentylacji. Stopień sprężania w komorze spalania, całkowite usunięcie odpadów i wymagana ilość mieszanki paliwowo-powietrznej zależą od tego, jak dobrze działają zawory.
Po tym uderzeniu wszystko zaczyna się od nowa. Co powoduje obrót wału korbowego? Faktem jest, że nie cała energia jest wydawana na poruszanie się samochodem. Część energii obraca koło zamachowe, które pod wpływem sił bezwładności obraca wał korbowy silnika spalinowego, poruszając tłok podczas suwów nieroboczych.
Czy wiesz? Silnik wysokoprężny jest cięższy niż silnik benzynowy ze względu na większe obciążenia mechaniczne. Dlatego projektanci używają bardziej masywnych elementów. Ale żywotność takich silników jest wyższa niż ich benzynowych odpowiedników. Ponadto samochody z silnikiem Diesla zapalają się znacznie rzadziej niż samochody z silnikiem benzynowym, ponieważ olej napędowy jest nielotny.
Zalety i wady
Dowiedzieliśmy się, czym jest silnik spalinowy, a także jego budową i zasadą działania. Podsumowując, przeanalizujemy jego główne zalety i wady.
Zalety silników spalinowych:
1. Możliwość długotrwałego przemieszczania się na pełnym zbiorniku.
2. Niska waga i objętość zbiornika.
3. Autonomia.
4. Wszechstronność.
5. Umiarkowany koszt.
6. Kompaktowy rozmiar.
7. Szybki start.
8. Możliwość stosowania kilku rodzajów paliwa.
Wady silników spalinowych:
1. Niska wydajność operacyjna.
2. Silne zanieczyszczenie środowiska.
3. Obowiązkowa obecność skrzyni biegów.
4. Brak trybu odzyskiwania energii.
5. Przez większość czasu działa z niedociążeniem.
6. Bardzo głośno.
7. Wysoka prędkość obrotowa wału korbowego.
8. Mały zasób.
Interesujący fakt! Najmniejszy silnik zaprojektowano w Cambridge. Jego wymiary to 5*15*3 mm, a jego moc to 11,2 W. Prędkość obrotowa wału korbowego wynosi 50 000 obr./min.
LÓD to silnik działający na zasadzie spalania różnych paliw bezpośrednio w samej jednostce. W odróżnieniu od innych typów silników, silniki spalinowe pozbawione są: jakichkolwiek elementów przekazujących ciepło w celu jego dalszej przemiany w energię mechaniczną, konwersja następuje bezpośrednio ze spalania paliwa; znacznie bardziej kompaktowy; mają niską wagę w stosunku do innych typów jednostek o porównywalnej mocy; wymagają użycia określonego paliwa o ściśle określonych parametrach temperatury spalania, stopnia lotności, liczby oktanowej itp.
Silniki czterosuwowe stosowane są w przemyśle motoryzacyjnym:
1. Wlot;
2. Kompresja;
3. Skok roboczy;
4.
Uwolnienie.
Ale istnieją również dwusuwowe wersje silników spalinowych, ale we współczesnym świecie mają one ograniczone zastosowanie.
W tym artykule omówione zostaną wyłącznie silniki montowane w samochodach.
Rodzaje silników w zależności od stosowanego paliwa
Silniki benzynowe, jak sama nazwa wskazuje, jako paliwo do pracy wykorzystują benzynę o różnej liczbie oktanowej i posiadają system wymuszonego zapłonu mieszanki paliwowej za pomocą iskry elektrycznej.Można je podzielić ze względu na rodzaj dolotu na gaźnik i wtrysk. Silniki gaźnikowe już wycofują się z produkcji ze względu na trudność dostrajania, wysokie zużycie benzyny, nieskuteczność mieszania mieszanki paliwowej i nieprzestrzeganie nowoczesnych, rygorystycznych wymagań środowiskowych. W takich silnikach mieszanie mieszanki palnej rozpoczyna się w komorach gaźnika, a kończy po drodze w kolektorze dolotowym.
.jpg)
Jednostki wtryskowe rozwijają się w szybkim tempie, a układ wtrysku paliwa jest udoskonalany z każdą generacją. Pierwsze wtryskiwacze posiadały „monowtrysk” z pojedynczą dyszą. W istocie była to modernizacja silników gaźnikowych. Z biegiem czasu w większości jednostek zaczęto stosować układy z osobnymi wtryskiwaczami na każdy cylinder. Zastosowanie wtryskiwaczy w układzie dolotowym umożliwiło dokładniejszą kontrolę proporcji paliwa i powietrza w różnych trybach pracy jednostki, zmniejszenie zużycia paliwa, podniesienie jakości mieszanki paliwowej, zwiększenie mocy i przyjazności dla środowiska jednostek napędowych .
Nowoczesne wtryskiwacze montowane w jednostkach napędowych z systemem bezpośredniego wtrysku paliwa do cylindrów są w stanie wytworzyć kilka oddzielnych wtrysków paliwa w jednym suwie. Pozwala to na dalszą poprawę jakości mieszanki paliwowej i osiągnięcie maksymalnej efektywności energetycznej z ilości zużytej benzyny. Oznacza to, że ekonomiczność i wydajność silników wzrosła jeszcze bardziej.
.jpg)
Jednostki wysokoprężne - wykorzystują zasadę zapłonu mieszaniny oleju napędowego i powietrza po podgrzaniu przez silne sprężanie. Jednocześnie w jednostkach wysokoprężnych nie stosuje się wymuszonych układów zapłonowych. Silniki te mają wiele zalet w porównaniu z silnikami benzynowymi, przede wszystkim są oszczędne (do 20%) i mają porównywalną moc. Paliwo zużywa się mniej ze względu na wyższy stopień sprężania w cylindrach, co poprawia charakterystykę spalania i wydajność energetyczną mieszanki paliwowej, dlatego do osiągnięcia tych samych wyników potrzeba mniej paliwa. Dodatkowo w jednostkach wysokoprężnych nie stosuje się przepustnic, co poprawia dopływ powietrza do jednostki napędowej, co dodatkowo zmniejsza zużycie paliwa. Diesle rozwijają większy moment obrotowy i przy niższych prędkościach wału korbowego.
Było kilka niedociągnięć. Ze względu na zwiększone obciążenie ścian cylindrów projektanci musieli zastosować bardziej niezawodne materiały i zwiększyć wymiary konstrukcji (zwiększenie masy i zwiększenie kosztów produkcji). Ponadto praca silnika wysokoprężnego jest głośna ze względu na charakterystykę zapłonu paliwa. Zwiększona masa części nie pozwala silnikowi rozwijać dużych prędkości przy tej samej prędkości co silniki benzynowe, a maksymalna prędkość wału korbowego jest niższa niż w przypadku jednostek benzynowych.
Typ silnika spalinowego według konstrukcji
Hybrydowy układ napędowy
W ostatnich latach tego typu samochody zaczęły zyskiwać na popularności. Ze względu na oszczędność paliwa i wzrost całkowitej mocy pojazdu poprzez połączenie dwóch typów jednostek. Zasadniczo konstrukcja ta składa się z dwóch oddzielnych jednostek - małego silnika spalinowego (najczęściej diesla) i silnika elektrycznego (lub kilku silników elektrycznych) z akumulatorem o dużej pojemności..jpg)
Zalety łączenia wyrażają się w możliwości połączenia energii dwóch jednostek podczas przyspieszania lub zastosowaniu każdego typu silnika z osobna, w zależności od potrzeby. Na przykład podczas jazdy w miejskim korku może działać tylko silnik elektryczny, oszczędzając olej napędowy. Podczas jazdy po drogach wiejskich silnik spalinowy pracuje jako jednostka trwalsza, mocniejsza i posiadająca większą rezerwę mocy.
Jednocześnie specjalny akumulator do silników elektrycznych można ładować z generatora lub za pomocą układu rekuperacji hamowania, co pozwala zaoszczędzić nie tylko paliwo, ale także energię elektryczną potrzebną do ładowania akumulatora.
Silnik z tłokiem obrotowym
Silnik z tłokiem obrotowym zbudowany jest zgodnie z unikalnym wzorcem ruchu tłok-wirnik, który porusza się wewnątrz cylindra nie wzdłuż ruchu posuwisto-zwrotnego, ale wokół własnej osi. Osiąga się to dzięki specjalnej trójkątnej konstrukcji tłoka oraz specjalnemu rozmieszczeniu otworów wlotowych i wylotowych w cylindrze..jpg)
Dzięki takiej konstrukcji silnik szybko nabiera prędkości, co zwiększa właściwości dynamiczne samochodu. Jednak wraz z rozwojem klasycznej konstrukcji silników spalinowych silnik Wankla zaczął tracić na znaczeniu ze względu na ograniczenia konstrukcyjne. Zasada ruchu tłoka nie pozwala na osiągnięcie wysokiego stopnia sprężania mieszanki paliwowej, co wyklucza stosowanie oleju napędowego. Małe zasoby, złożoność konserwacji i napraw, a także słabe wyniki w zakresie ochrony środowiska nie pozwalają producentom samochodów na rozwój tego obszaru.
Rodzaje jednostek napędowych według układu
Ze względu na konieczność zmniejszenia masy i wymiarów, a także umieszczenie większej liczby tłoków w jednym zespole, doprowadziło to do pojawienia się różnych typów silników w zależności od ich układu.Silniki rzędowe
.jpg)
Silnik rzędowy to najbardziej klasyczna wersja jednostki napędowej. W którym wszystkie tłoki i cylindry są ułożone w jednym rzędzie. Jednocześnie nowoczesne silniki rzędowe zawierają nie więcej niż sześć cylindrów. Ale to sześciocylindrowe silniki rzędowe mają najlepsze wyniki w równoważeniu wibracji podczas pracy. Jedynym minusem jest znaczna długość silnika w porównaniu z innymi układami.
Silniki V-twin
.jpg)
Silniki te pojawiły się w wyniku chęci projektantów zmniejszenia rozmiarów silników i konieczności umieszczenia więcej niż sześciu tłoków w jednym bloku. W tych silnikach cylindry są umieszczone w różnych płaszczyznach. Wizualnie układ cylindrów tworzy literę „V”, stąd nazwa. Kąt między dwoma rzędami nazywany jest kątem pochylenia koła i zmienia się w szerokim zakresie, dzieląc ten typ silników na podgrupy.
Silniki bokserskie
.jpg)
Silniki typu Boxer otrzymały maksymalny kąt pochylenia nadwozia wynoszący 180 stopni. Pozwoliło to projektantom zmniejszyć wysokość jednostki do minimalnych rozmiarów i rozłożyć obciążenie na wale korbowym, zwiększając jego żywotność.
Silniki VR
.jpg)
Jest to połączenie właściwości jednostek liniowych i w kształcie litery V. Kąt pochylenia w takich silnikach sięga 15 stopni, co pozwala na zastosowanie jednej głowicy cylindrów z jednym mechanizmem dystrybucji gazu.
Silniki W
.jpg)
Jedna z najmocniejszych i „ekstremalnych” konstrukcji silników spalinowych. Mogą mieć trzy rzędy cylindrów o dużym kącie pochylenia lub dwa połączone bloki VR. Obecnie silniki z ośmioma i dwunastoma cylindrami stały się powszechne, ale konstrukcja pozwala na zastosowanie większej liczby cylindrów.
Charakterystyka silnika spalinowego
Przeglądając wiele informacji o różnych samochodach, każda zainteresowana osoba zobaczy pewne podstawowe parametry silnika:Moc jednostki napędowej mierzona w KM. (lub kWh);
Maksymalny moment obrotowy wytwarzany przez jednostkę napędową, mierzony w N/m;
Większość entuzjastów samochodów dzieli jednostki napędowe tylko według mocy. Ale ten podział nie jest do końca poprawny. Oczywiście w ciężkim crossoverze lepsza jest jednostka o mocy 200 koni mechanicznych niż silnik o mocy 100 koni mechanicznych. A w przypadku lekkiego miejskiego hatchbacka wystarczy silnik o mocy 100 koni mechanicznych. Ale są pewne niuanse.
Moc maksymalną podaną w dokumentacji technicznej osiąga się przy określonych prędkościach obrotowych wału korbowego. Jednak podczas jazdy samochodem w warunkach miejskich kierowca rzadko kręci silnikiem powyżej 2500 obr/min. Dlatego im dłużej maszyna pracuje, wykorzystywana jest tylko część potencjalnej mocy.
Ale często zdarzają się przypadki na drodze. Gdy konieczne jest gwałtowne zwiększenie prędkości w celu wyprzedzenia lub uniknięcia sytuacji awaryjnej. Jest to maksymalny moment obrotowy, który wpływa na zdolność jednostki do szybkiego uzyskania wymaganej prędkości i mocy. Mówiąc najprościej, moment obrotowy wpływa na dynamikę samochodu.
Warto zauważyć niewielką różnicę między silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi. Silnik zasilany benzyną maksymalny moment obrotowy osiąga przy prędkościach wału korbowego od 3500 do 6000 na minutę, natomiast silniki Diesla maksymalne parametry osiągają przy niższych prędkościach obrotowych. Dlatego wielu wydaje się. Że jednostki wysokoprężne są mocniejsze i lepiej ciągną. Jednak większość najpotężniejszych jednostek wykorzystuje benzynę, ponieważ są w stanie osiągnąć większą liczbę obrotów na minutę.
.jpg)
Aby uzyskać szczegółowe zrozumienie terminu moment obrotowy, należy przyjrzeć się jego jednostkom miary: niutonom pomnożonym przez metry. Innymi słowy, moment obrotowy określa siłę, z jaką tłok naciska na wał korbowy, który z kolei przekazuje moc do przekładni, a ostatecznie na koła.
Możemy również wspomnieć o potężnej technologii, w której maksymalny moment obrotowy można osiągnąć przy obrotach 1500 na minutę. Są to głównie traktory, mocne wywrotki i niektóre pojazdy terenowe z silnikiem Diesla. Naturalnie takie maszyny nie wymagają rozkręcania silnika do maksymalnych wartości prędkości.
.jpg)
Na podstawie dostarczonych informacji możemy stwierdzić, że moment obrotowy zależy od objętości jednostki napędowej, jej wymiarów, wymiarów części i ich masy. Im cięższe są wszystkie te elementy, tym bardziej dominuje moment obrotowy przy niskich obrotach. Jednostki wysokoprężne charakteryzują się większym momentem obrotowym i niższymi prędkościami obrotowymi wału korbowego (większa bezwładność ciężkiego wału korbowego i innych elementów nie pozwala na rozwój dużych prędkości).
Moc silnika samochodu
Warto mieć świadomość, że moc i moment obrotowy to parametry wzajemnie powiązane i zależne od siebie. Moc to określona ilość pracy wykonanej przez silnik w czasie. Z kolei pracą silnika jest moment obrotowy. Dlatego moc charakteryzuje się wielkością momentu obrotowego w jednostce czasu.Istnieje dobrze znany wzór charakteryzujący stosunek mocy do momentu obrotowego:
Moc = moment obrotowy * obr / 9549
W rezultacie otrzymujemy wartość mocy w kilowatach. Ale oczywiście, patrząc na charakterystykę samochodów, jesteśmy bardziej przyzwyczajeni do oglądania wskaźników w „KM”. Aby przeliczyć kilowaty na KM. musisz pomnożyć wynikową wartość przez 1,36.
