E‑BOOK

Zasady działania silnika dwusuwowego

Silnik dwusuwowy jest rodzajem silnika spalinowego, wykonującego cykl pracy w dwóch suwach tłoka, suw dolny (który zawiera procesy ssania i sprężania), a także suw górny (z procesem spalania i wydechu).

W trakcie trwania suwu dolnego tłok porusza się w dół cylindra, co skutkuje zwiększeniem objętości komory spalania. Następuje otwarcie kanalików ssących, umożliwiających dostanie się mieszanki paliwowo‑powietrznej do cylindra. W momencie zakończenia suwu dolnego tłok zaczyna poruszać się w górę, kanaliki ssące zostają wtedy zamknięte. Następnie zwiększa się ciśnienie w cylindrze, które jest spowodowane sprężaniem przez tłok mieszanki paliwowo‑powietrznej.

Dalej rozpoczyna się drugi cykl pracy silnika – suw górny, obejmujący proces spalania i wydechu. W najwyższym punkcie suwu górnego dochodzi do iskry zapłonowej, która prowadzi do spłonienia mieszanki paliwowo‑powietrznej. Tłok zostaje napędzony w dół cylindra dzięki rozszerzaniu się gazów spalinowych. Po zakończeniu suwu górnego kanaliki wydechowe otwierają się, tłok porusza się w górę. Następnie gazy spalinowe wypychane są na zewnątrz cylindra poprzez otwarte kanaliki wydechowe.

Na zakończenie całego procesu kanaliki wydechowe zostają zamknięte, a pozostałe spaliny wypychane na zewnątrz cylindra. Cylinder jest już gotowy do rozpoczęcia nowego cyklu. Coraz częściej silniki dwusuwowe są zastępowane przez silniki czterosuwowe, bardziej ekonomiczne i przyjazne dla środowiska, o mniejszej emisji szkodliwych substancji.

Zasady działania silnika czterosuwowego

Silnik czterosuwowy, czyli silnik spalinowy o czterech suwach, przekształca energię cieplną spalania na energię mechaniczną, stosując cykl czterech ruchów tłoka. Na pełny obieg, zwany także dwusuwem (cztery ruchy tłoka), składa się suw dolny (ssanie, sprężanie) oraz suw górny (spalanie, wydech).

W pierwszym suwie dolnym, tłok przemieszczając się w dół cylindra zwiększa objętość komory spalania. Otwarty zawór ssący umożliwia wtłoczenie świeżej mieszaniny paliwowo‑powietrznej do cylindra. Zawór ssący jest zamykany, gdy tłok osiągnie dolny punkt.

Następnie tłok przemieszczając się w górę cylindra spręża mieszankę paliwowo‑powietrzną. W najwyższym punkcie w drugim suwie górnym iskra zapłonowa prowadzi do spłonienia mieszanki paliwowo‑powietrznej.

Rozszerzanie się gazów spalinowych napędza tłok w dół cylindra. W momencie, gdy tłok osiągnie dolny punkt, zawór wydechowy jest otwierany.

Tłok, przemieszczając się w górę cylindra, wypycha spaliny na zewnątrz przez otwarty zawór wydechowy.

Konstrukcja silnika czterosuwowego, w porównaniu do silnika dwusuwowego, ogranicza emisję szkodliwych substancji.

Budowa silnika spalinowego czterosuwowego

Kadłuby i głowice

Kadłub pełni rolę podstawowej struktury, odpowiedzialnej za przenoszenie obciążeń dynamicznych i statycznych, wykonany z żeliwa, stopów aluminium, bądź innych lekkich stopów metalicznych. Zbudowany jest z cylindrów (tłoki poruszają się w otworach cylindrowych), kanałów tłokowych oraz ścieżek olejowych (kanały, które transportują olej do ruchomych części, zapewniając smarowanie).

Blok silnika składa się z cylindrów, w których to zachodzą procesy ssania, sprężania, spalania i wydechu. Tłoki, poruszające się w cylindrach, wytwarzają energię mechaniczną, napędzającą wał korbowy. Z kolei głowica cylindra znajdująca się nad cylindrami, odpowiada za regulację przepływu paliwowo‑powietrznego oraz spalin.

RbCZ1uROLVcCf

Blok silnika

Głowica zbudowana jest z zaworów (które kontrolują przepływ spalin i mieszanki paliwowo‑powietrznej), komory spalania (odbywa się w niej spalanie mieszanki paliwowo‑powietrznej, pod wpływem iskry zapłonowej), wałka rozrządu (kontroluje otwierania i zamykanie zaworów, synchronizowany z wałem korbowym.

Głowica jest odpowiedzialna za regulacje przepływu mieszanki do cylindrów, a także za odprowadzanie spalin po zakończeniu procesy spalania. Głowica wykonana z aluminium jest lekka, co wpływa na poprawę osiągów oraz efektywności silnika. Głowice mogą być jednokanałowe (z jednym kanałem ssącym i wydechowym na cylinder) lub dwukanałowe (z osobnymi kanałami ssącymi i wydechowymi).

RaGVwNrduJqDr

Głowica silnika

Układ korbowy

To jeden z kluczowych elementów silnika czterosuwowego, przekształca ruch tłoków na ruch obrotowy wału korbowego. To skomplikowany mechanizm, który odpowiada za przenoszenie energii z procesu spalania na wał korbowy.

Na układ korbowy składa się wał korbowy (centralny element układu, na którym znajdują się korbowody), korbowody (połączone na końcach z wałem korbowym i tłokiem, przetwarzają ruch posuwisto‑zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału korbowego), kołyski (zapewniają ruchy posuwisto‑zwrotne korbowodu), tłoki (poruszają się w cylindrach).

W trakcie suwu dolnego tłoki poruszają się w dół, napędzają korbowody oraz obracają wał korbowy. W suwie górnym tłoki wracają w górę, kontynuują obrót wału korbowego. Wśród układów korbowych można wyróżnić układ korbowy rzędowy, liniowy (najczęstsze rozwiązanie w silnikach samochodowych, korbowody ustawione są w jednym rzędzie), układ korbowy V (korbowody tworzą literę V), układ korbowy bokser (dwa rzędy tłoków równoważą się wzajemnie, poruszając w przeciwnych kierunkach). Rodzaje układów korbowych różnią się konfiguracją korbowodów, wpływają na charakterystykę i osiągi silnika.

RmVMujyIeBiTb

Wał korbowy

Układ rozrządu

Jest odpowiedzialny za synchronizację otwierania i zamykania zaworów w głowicy silnika w konkretnym czasie. Dobrze ustawiony układ rozrządu ma wpływ na efektywność spalania, moc silnika i jego osiągi. Układ rozrządu składa się z wałka rozrządu (umieszczonego w głowicy silnika, który napędzany jest z wału korbowego przy pomocy paska rozrządu lub łańcucha, złożony z płaszczyzn, na których są tzw. krzywki kontrolujące ruch zaworów), zaworów (ssących i wydechowych, otwierających i zamykających się w określonych momentach cyklu pracy silnika), kół pasowych (zębatych kół na końcach wałka rozrządu, napędzającyh pasek rozrządu lub łańcuch, wykonanych najczęściej z tworzywa sztucznego lub metalu), napinaczy i rolek rozrządu (które utrzymują napięcie na pasku lub łańcuchu, zapewniają właściwe ich napinanie).

Wałek rozrządu, który obraca się synchronicznie z wałem korbowym, steruje otwieraniem i zamykaniem zaworów w konkretnych fazach cyklu pracy silnika. W fazie ssania otwierają się zawory ssące, a w fazie wydechu zawory wydechowe. Wśród rodzajów układu rozrządu można wymienić $\mathrm{OHC}$ (Overhead Valve), gdzie zawory znajdują się nad komorą spalania, a wałek rozrządu w dolnej części głowicy; $\mathrm{OHC}$ (Overhead Camshaft), w którym wałek rozrządu umieszczony jest nad zaworami, co daje możliwość precyzyjnej kontroli ich ruchu; $\mathrm{DOHC}$ (Double Overhead Camshaft) – umożliwia zaawansowane sterowanie dzięki dwóm parom wałków rozrządu, oddzielonych dla zaworów ssących i wydechowych. Wszystkie rodzaje różnią się konfiguracją wałka rozrządu oraz pozycją zaworów, dostosowują się do konkretnych potrzeb i zastosowań.

Układ zasilania paliwem silników ZI

Układ zasilania paliwem o zapłonnie iskrowym w silniku czterosuwowym. Pełni funkcję zapewnienia odpowiedniej ilości paliwa do spalania mieszanki paliwowo‑powietrznej w cylindrach silnika.

Zbudowany jest z układu zasilania paliwem (zbiornik paliwa, pompa paliwowa, wtryskiwacze) oraz układu zapłonowego (rozdzielacz zapłonu, świece zapłonowe). Zbiornik paliwa odpowiada za przechowywanie paliwa, pompa paliwowa zasysa paliwo ze zbiornika i przekazuje je do układu wtryskowego, a wtryskiwacze wtryskują paliwo do komory spalania). Rozdzielacz zapłonu rozdziela prąd o wysokim napięciu do odpowiednich świec zapłonowych, świece zapłonowe wytwarzają iskry, inicjujące spalanie mieszanki paliwowo‑powietrznej.

W układzie zasilania paliwem paliwo pobierane jest z zbiornika i przez wtryskiwacze dostarczane do komory spalania. Wtryskiwacze dostosowują ilość wtryskiwanego paliwa odpowiednio do warunków pracy silnika. Przy zapłonie iskrowym świece zapłonowe wytwarzają iskry w komorze spalania w konkretnych momentach cyklu pracy. Iskry prowadzą do zapłonu mieszanki paliwowo‑powietrznej, inicjując proces spalania. W układzie zasilania paliwem silników ZI wyróżnia się systemy wtrysku paliwa (wielopunktowy wtrysk paliwa, wtrysk bezpośredni) oraz systemy zapłonu (tradycyjny system zapłonowy, system bezrozdzielaczowy).

Układ zasilania paliwem silników ZS

Układ zasilania paliwem silników o zapłonie samoczynnym $\left(\mathrm{ZS}\right)$. Silniki o zapłonie samoczynnym wykorzystują samozapłon mieszanki paliwowo‑powietrznej pod wpływem wysokiej temperatury, która spowodowana jest sprężeniem.

Układ zasilania paliwem silników $\mathrm{ZS}$ składa się ze zbiornika paliwa (w którym przechowywany jest olej napędowy, stosowany w silnikach Diesla), pompy wysokociśnieniowej (pod bardzo wysokim ciśnieniem dostarcza paliwo do wtryskiwaczy), wtryskiwaczy (z wysokim ciśnieniem wtryskują odmierzoną ilość oleju napędowego wprost do komory spalania) oraz filtrów paliwa (filtrują zanieczyszczenia z paliwa, chronią elementy układu paliwowego przed uszkodzeniami).

Paliwo ze zbiornika jest dostarczane do pompy wysokociśnieniowej. Pompa generuje wysokie ciśnienie, które umożliwia wtryskiwaczom wtryskiwanie odmierzonej ilości oleju napędowego do komory spalania. Wtryskiwanie odbywa się wtedy, kiedy powietrze skompresowane w cylindrze osiąga odpowiednią temperaturę do samoczynnego zapłonu. Wśród stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych można wyróżnić wtryskiwacze Common Rail (współczesne silniki Diesla, w których pod bardzo wysokim ciśnieniem paliwo przechodzi przez wspólną magistralę – common rail) oraz systemu wtrysku elektronicznego (precyzyjna kontrola spalania poprzez elektroniczne sterowanie wtryskiem paliwa).

Układ chłodzenia

Jest niezbędny do zapewnienia odpowiedniej temperatury pracy silnika, zapobiega przegrzewaniu się, przyczynia się do efektywności i trwałości silnika. Składa się z chłodnicy (najczęściej znajduje się z przodu pojazdu, zbudowanej z rur i żeber, przewodzącej płyn chłodzący, zabierającej ciepło z silnika), pompy wody (umozliwia krążenie płynu chłodzącego w silniku), termostatu (odpowiada za utrzymanie optymalnych warunków pracy silnika, reguluje przepływ płynu chłodzącego), wentylatora chłodnicy (dodatkowe chłodzenie w przypadku zwiększonej temperatury), chłodnicy oleju (występuje w niektórych silnikach, olej silnikowy przepływa przez wymiennik ciepła i oddaje ciepło do płynu chłodzącego).

Pompa wody wymusza obieg płynu chłodzącego, który przepływając przez blok silnika, a także głowicę, absorbuje ciepło. Rozgrzany płyn następnie trafia do chłodnicy i oddaje ciepło powietrzu. Termostat reguluje przepływ płynu chłodzącego w zależności od temperatury, a wentylator poprawia skuteczność chłodzenia, przez odprowadzenie ciepłego powietrza z chłodnicy. W układzie chłodzenia możemy wyróżnić chłodzenie powietrzem (air cooling), chłodzenie cieczą (liquid cooling), chłodzenie olejem (oil cooling). Różne konstrukcje dają możliwość dostosowania układu do specyficznych potrzeb silnika.

Re6gmSU9HSrkG

Układ chłodzenia

Układ smarowania

Pełni funkcję skutecznego smarowania ruchomych części silnika, minimalizując tarcie, zużycie i przegrzewanie.

Układ smarowania zbudowany jest z miski olejowej (zbiornika oleju, który przechowuje olej silnikowy), pompy olejowej (zasysa olej z miski olejowej w celu dostarczenia go do pozostałych części silnika pod odpowiednim ciśnieniem), filtrów oleju (usuwają zanieczyszczenia z oleju, co chroni ruchome części przed uszkodzeniami), kanałów smarowania (prowadzą olej do miejsc wymagających smarowania), zaworów spustowych (odprowadzają zużyty olej do miski olejowej, gdzie może zostać ponownie użyty). W układzie smarowania możemy mieć do czynienia ze smarowaniem ciśnieniowym, kropelkowym oraz mieszanym.

RzwogcEeYUDb4

Układ smarowania

Układ dolotowy i wylotowy

Układ dolotowy jest odpowiedzialny za dostarczanie świeżego powietrza do komór spalania silnika, z kolei układ wylotowy kieruje spaliny do atmosfery.

Układ dolotowy składa się z filtrów powietrza, przewodów dolotowych oraz kolektora dolotowego (mieszają paliwo z powietrzem, kierując je do komór spalania).

Układ wylotowy zbudowany jest z kolektora wylotowego (zbiera spaliny z komór spalania), tłumika (absorbuje dźwięki wynikające z procesu wylotu spalin), rury wylotowej (spaliny z tłumika kierowane są do atmosfery).

W układzie dolotowym możemy wyróżnić otwarty układ dolotowy, który bezpośrednio poddaje filtr powietrza atmosferycznemu wpływowi, lub zamknięty układ dolotowy, izolujący filtr powietrza od atmosferycznego wpływu. W układzie wylotowym mamy systemy podwójnych rur wylotowych, częściej wykorzystywane w silnikach o większej pojemności, dla każdego cylindra są osobne rury wylotowe, a także sportowe układy wydechowe, z większymi rurami wylotowymi, konstruowane dla lepszej wydajności i dźwięku.

Powrót do spisu treściDFXKNf4pKPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Wizualizacja w 2D lub 3D Budowa wybranych podzespołów i zespołów pojazdów samochodowychDJWPXQSSyWizualizacja w 2D lub 3D Budowa wybranych podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych

• Wizualizacja w 2D lub 3D Zasady funkcjonowania i budowa źródeł napędu pojazdów spalinowych, elektrycznych i hybrydowychDo1I8suDAWizualizacja w 2D lub 3D Zasady funkcjonowania i budowa źródeł napędu pojazdów spalinowych, elektrycznych i hybrydowych

• Plansza/schemat/grafika interaktywna Przedstawienie rodzajów podzespołów i zespołów pojazdów samochodowychDC6jmVdJAPlansza/schemat/grafika interaktywna Przedstawienie rodzajów podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych