Silniki elektryczne i spalinowe. Budowa i zasada działania

bg‑yellow

Silniki elektryczne i spalinowe. Budowa i zasada działania

Spis treści

1.Ogólna budowa silnika spalinowego1.Ogólna budowa silnika spalinowego

2. Silnik dwusuwowy z zapłonem iskrowym2. Silnik dwusuwowy z zapłonem iskrowym

3. Silnik czterosuwowy z zapłonem iskrowym3. Silnik czterosuwowy z zapłonem iskrowym

4. Silnik z tłokiem wirującym4. Silnik z tłokiem wirującym

5. Silnik rotacyjny5. Silnik rotacyjny

6. Silnik turbospalinowy6. Silnik turbospalinowy

bg‑green

Ogólna budowa silnika spalinowego

Silnik spalinowy to maszyna, która energię cieplną wytworzoną w wyniku spalania zamienia na energię mechaniczną. W rolnictwie najczęściej używane są silniki o postępowo‑zwrotnym ruchu tłoka.

SilnikDKxgxO6m0Silnik zbudowany jest z kadłuba, głowicy oraz układów odpowiedzialnych za pracę silnika. Do kadłubu przytwierdzona jest głowica zamykająca cylinder (lub cylindry).

Układ chłodzenia

to chłodnica (lub inny wymiennik ciepła), pompa wody, wentylator, kanały przepływowe oraz termostat. Układ ten odprowadza nadmiar ciepła z silnika.

Układ korbowy

składa się z tłoka z pierścieniami, sworznia tłokowego, wału korbowego, korbowodu oraz koła zamachowego. Ten układ odpowiada za przenoszenie ruchu tłoka na wał korbowy.

Układ olejenia

składa się zazwyczaj z pompy oleju, zbiornika na olej, przewodów oraz filtrów. Zadaniem tego układu jest zapobieganie nadmiernemu tarciu części silnika podczas pracy.

Układ rozrządu

zbudowany jest z zaworów, sprężyn zaworowych, dźwigni zaworowych, popychaczy oraz wałka rozrządu. Układ ten poprzez otwieranie i zamykanie zaworów umożliwia dostarczenie ładunku powietrza lub mieszanki do cylindra, a także odprowadzenie gazów spalinowych na zewnątrz cylindra.

Układ zapłonowy

występuje w silnikach z zapłonem iskrowym i zbudowany jest z aparatu zapłonowego, źródła prądu, cewki zapłonowej, świecy zapłonowej i instalacji elektrycznej. Służy do „odpalenia” mieszanki paliwowo‑powietrznej w momencie jej sprężenia.

Układ zasilania

to zbiornik paliwa, pompa zasilająca, filtr paliwa, gaźnik lub pompa wtryskowa. Zadaniem układu zasilania jest dostarczenie paliwa w odpowiedniej ilości do cylindra.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

bg‑green

Silnik dwusuwowy z zapłonem iskrowym

Silnik dwusuwowy to silnik spalinowy, w którym cztery fazy pracy (ssanie, sprężanie, praca i wydech) są wykonywane w ciągu dwóch suwów tłoka. Istnieją konstrukcje silników dwusuwowych zarówno o zapłonie iskrowym, jak i samoczynnym.

Schemat działania silnika dwusuwowego:

Suw sprężania – w pierwszej fazie suwu sprężania następuje „przepłukanie” przestrzeni roboczej silnika. Wtedy to spaliny powstałe w poprzednim cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy, a do przestrzeni roboczej przez kanał międzykomorowy napływa mieszanka paliwowo‑powietrzna zgromadzona wcześniej w przestrzeni korbowej silnika. W dalszej fazie suwu sprężania tłok, pełniący także rolę zaworu, zamyka kanał wydechowy i międzykomorowy, odsłaniając jednocześnie kanał ssawny. W czasie sprężania mieszanki w komorze spalania świeża porcja mieszanki paliwowej napływa przez kanał ssawny do przestrzeni korbowej silnika.
Suw pracy – przed dojściem do górnego położenia tłoka następuje zapłon paliwa, które, gwałtownie rozprężając się, powoduje ruch tłoka w dół do dolnego skrajnego położenia. W końcowej fazie tego suwu odsłaniany jest kanał wydechowy i spaliny zaczynają opuszczać przestrzeń roboczą.

R1cYoPml3abJI1

Na grafikach przedstawiona została praca silnika dwusuwowego z zapłonem iskrowym. Praca została podzielona na cztery etapy: zasysanie mieszanki do komory korbowej; koniec zasysania mieszanki do komory korbowej, spalanie mieszanki w cylindrze; wstępne sprężanie mieszanki w komorze korbowej, koniec suwu pracy; przepływ mieszanki z komory korbowej do cylindra, wydalanie gazów spalinowych. Pierwsza grafika przedstawia silnik podczas zasysania mieszanki do komory korbowej. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się niepełne półkole, skierowane w prawy dolny róg. Niepełne półkole przyczepione jest do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukłą wysepką. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. Nad nim znajdują się strzałki skierowane ku górze. Druga grafika przedstawia silnik, gdy następuje koniec zasysania mieszanki do komory korbowej, spala się mieszanka w cylindrze. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Niepełne półkole skierowane jest na dół, a uchwyt wyprostowany. Prostokąt z wysepką znajduje się w 1/3 wysokości podłużnej części, od góry. Obok napis: GMP. Powyżej znajdują się strzałki skierowane w dół. Trzecia grafika przedstawia silnik, gdy następuje wstępne sprężanie mieszaki w komorze korbowej, czyli koniec suwu pracy. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Niepełne półkole skierowane jest w lewą stronę, a uchwyt lekko nachylony. Prostokąt z wysepką znajduje się w 1/3 wysokości podłużnej części, od dołu. Powyżej znajdują się strzałki skierowane w dół. Czwarta grafika przedstawia silnik w momencie przepływu mieszanki z komory korbowej do cylindra, czyli wydalanie gazów spalinowych. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Niepełne półkole skierowane jest w lewy górny róg. Znajduje się w 1/4 wysokości podłużnej części, od dołu. Obok napis: DMP. Powyżej znajdują się strzałki wskazujące różne kierunki. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W silnikach o zapłonie iskrowym dostarczanie ładunku (mieszanki) może się odbywać przez tzw. przepustnicę obrotową (rozrząd asymetryczny, korzystniejszy od symetrycznego), zaś w silnikach o zapłonie samoczynnym ładunek może podawać pompa ładująca.

Zalety i wady silnika dwusuwowego:

zalety	wady
duża moc i moment	wysoka emisja spalin
rezonans (wymuszone osiągnięcie przez układ drgający maksymalnej amplitudy)	smarowanie olejem z zewnątrz
łatwy rozruch, szybkość nagrzewania	mała regularność biegu jałowego
niewielki koszt naprawy, obsługi	duże obciążenie cieplne
prosta konstrukcja, korzystniejszy stosunek mocy do masy silnika oraz mocy do pojemności skokowej	hałaśliwa praca
	duże spalanie

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

bg‑green

Silnik czterosuwowy z zapłonem iskrowym

Silnik czterosuwowy ma bardziej złożoną budowę niż dwusuwowy – wymaga układu rozrządu. Dzięki temu silnik czterosuwowy nie wykazuje strat w paliwie, spełnia też lepiej normy czystości spalin.

Czterosuwowy cykl pracy silnika spalinowego po raz pierwszy został przedstawiony przez Nicolausa Otto w 1876 roku.

RpZUiBs4e5QPM1

Zaletą silników pracujących w cyklu Otta jest prostota i bezawaryjność całej konstrukcji, a także wysoka moc.

R1AE0dwEwodGr1

Na grafikach przedstawiona została praca silnika czterosuwowego z zapłonem iskrowym. Praca została podzielona na cztery etapy: dolot mieszanki do cylindra; sprężanie mieszanki; spalanie mieszanki, wylot gazów spalinowych.Pierwsza grafika przedstawia dolot mieszanki do cylindra. Grafika przedstawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do lewej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Po lewej stronie widoczna jest strzałka oraz napis: powietrze. Ponadto znajduje się niewielki element do połowy wypełniony paliwem. Na górze tego elementu znajduje się gazik.Druga grafika przedstawia silnik w momencie sprężania mieszanki. Grafika przedstawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony w dół. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w 1/3 wysokości podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Między nimi znajduje się świeca zapłonowa oraz aparat zapłonowy.Trzecia grafika przedstawia silnik w momencie spalania mieszanki. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do lewej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona.Czwarta grafika przedstawia wylot gazów spalinowych. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do prawej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Obok czerwonej rurki widoczna jest strzałka, a obok napis: spaliny. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1dyjpCizeuWW1

Na grafikach przedstawiona została praca silnika czterosuwowego z zapłonem samoczynnym. Praca została podzielona na cztery etapy: dolot powietrza; sprężanie powietrza i wtrysk paliwa; spalanie mieszanki; wylot gazów spalinowych. Pierwsza grafika przedstawia dolot powietrza. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do lewej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Po lewej stronie widoczna jest strzałka oraz napis: powietrze.Druga grafika przedstawia silnik w momencie sprężania powietrza i wtrysk paliwa. Grafika przedstawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony w dół. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w 1/3 wysokości podłużnej części, od góry. Powyżej znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Między nimi znajduje się wtryskiwacz oraz pompa wtryskowa.Trzecia grafika przedstawia silnik w momencie spalania mieszanki. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do lewej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona.Czwarta grafika przedstawia wylot gazów spalinowych. Silnik składa się z podłużnego elementu zakończonego okrągłą przestrzenią, w której znajduje się owalny element ułożony prawie na płasko, skierowany czubkiem do prawej strony. Jest przyczepiony do wąskiego uchwytu. W podłużnej części wąski uchwyt przylega do prostokąta zakończonego wypukle. Prostokąt ten znajduje mniej więcej w połowie podłużnej części. U góry znajdują się dwie rurki. Po lewej niebieska, a po prawej czerwona. Obok czerwonej rurki widoczna jest strzałka, a obok napis: spaliny. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Silnik iskrowy w porównaniu do silnika z zapłonem samoczynnym:

zalety	wady
łatwy rozruch	większe jednostkowe zużycie paliwa
szybkobieżność	mniejsza trwałość
wysokie obroty pracy	niższy moment obrotowy
lekka konstrukcja	niebezpieczeństwo niekontrolowanego samozapłonu paliwa

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

bg‑green

Silnik z tłokiem wirującym

Ze względu na występującą siły bezwładności praca silnika dwu- i czterosuwowego obarczona jest efektami ubocznymi, których nie ma silnik z tłokiem wirującym.

Tłok o kształcie zbliżonym do trójkąta porusza się w komorze o tak dobranym kształcie, żeby następowała ciągła styczność z wszystkimi skrajnymi punktami tłoka. Tłok jest połączony z kołem zębatym wału silnika. Podczas pracy silnika tworzą się trzy komory robocze, w których równocześnie zachodzi czterofazowy cykl pracy.

RXWAas3ELvo1w1

Na grafikach została schematycznie przedstawiona budowa silnika z wirującym tłokiem w czterech wariantach. Grafiki przedstawiają ścięte u góry koło z wieloma różnorodnymi elementami w środku.Pierwsza grafika przedstawia zaznaczony na czerwono wylot ze strzałką skierowaną ku górze oraz zaznaczony na niebiesko dolot ze strzałką skierowaną ku dołowi. Te elementy znajdują się na górze i mają podłużny kształt rury. W środku znajdują się również dwie zębatki zamknięte w trójkątnym elemencie, na środku, ze szpicem skierowanym ku dołowi. Za pomocą strzałek oznaczone zostało rozprężenie, które występuje na lewo od zębatek, a małymi kropeczkami sprężanie, które występuje na prawo od zębatek.Druga grafika przedstawia zaznaczony na niebiesko dolot ze strzałą skierowaną ku dołowi. Ten element znajduje się na górze i ma podłużny kształt rury. Zębatki zamknięte w trójkątnym elemencie zmieniły swoje położenie. Szpic trójkąta skierowany jest do prawej strony. Po lewej stronie znajdują się strzałki oznaczające rozprężenie, w prawym dolnym rogu kropki, które oznaczają sprężanie, a w prawym górnym rogu dolot, który zaznaczony jest na niebiesko. Trzecia grafika przedstawia zaznaczony na czerwono wylot ze strzałką skierowaną ku górze oraz zaznaczony na niebiesko dolot ze strzałką skierowaną ku dołowi. Te elementy znajdują się na górze i mają podłużny kształt rury. W środku znajdują się również dwie zębatki zamknięte w trójkątnym elemencie, na środku, ze szpicem skierowanym ku górze. Prawą stronę obejmuje dolot zaznaczony na niebiesko, a lewą stronę wylot zaznaczony na czerwono.Czwarta grafika przedstawia zaznaczony na czerwono wylot ze strzałką skierowaną ku górze oraz zaznaczony na niebiesko dolot ze strzałką skierowaną ku dołowi. Te elementy znajdują się na górze i mają podłużny kształt rury. W środku znajdują się również dwie zębatki zamknięte w trójkątnym elemencie, na środku, ze szpicem skierowanym do lewego boku. Prawą stronę obejmuje dolot zaznaczony na niebiesko, lewy dolny róg wypełniają strzałki oznaczające rozprężenie, a lewy górny róg wylot, oznaczony na czerwono. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ten typ silnika charakteryzuje się dużą mocą przy małych rozmiarach i niskiej wadze. Jednocześnie jest niezbyt trwały, nie ma systemu chłodzenia ani smarowania, jest niezbyt szczelny.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

bg‑green

Silnik rotacyjny

Czterocylindrowy czterosuwowy silnik rotacyjny typu „Rotorcam” ma konstrukcję obrotową i jest wyposażony w klasyczne cylindry z tłokami.

Nie ma w nim rozrządu zaworowego ani koła zamachowego. Jest to silnik o zmiennym stopniu sprężania.

Cylindry są rozmieszone promieniowo do osi silnika. Jedna świeca zapłonowa wywołuje zapłon w miarę obracania się cylindrów.

RXFdNgU8VAbP01

Na grafice został schematycznie przedstawiony silnik rotacyjny. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Opisano następujące elementy: automatyczna regulacja stopnie sprężania; świeca zapłonowa; szczelina; wylot; dolot; pierścień; tłok; rolka. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ten typ silnika nie znalazł powszechnego zastosowania.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

bg‑green

Silnik turbospalinowy

Silnik turbospalinowy to silnik spalinowy, wirnikowy, z co najmniej jedną turbiną spalinową pędną.

Głównymi podzespołami silnika turbospalinowego są: komora spalania (wirnikowa albo tłokowa), jedna lub więcej turbin spalinowych i sprężarka. Trakcyjny silnik turbospalinowy jest zwykle wyposażony w przekładnię, która odpowiednio zmniejsza bardzo dużą prędkość obrotową wału wirnika turbiny pędnej na umiarkowaną prędkość obrotową wału zdawczego.

R1Z6S2ABpq6cQ1

Na grafice został schematycznie przedstawiony silnik turbospalinowy. Grafika przestawia wiele różnorodnych elementów, które są ze sobą połączone. Opisano następujące elementy: sprężarka, przy której znajduje się strzałka z napisem: powietrze; komora spalania; wtryskiwacz; turbina wysokoprężna; turbina niskoprężna; przekładnia; dysza. Przy dyszy znajduje się strzałka z napisem: spaliny. — Źródło: Contentplus.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Typowy silnik turbospalinowy w porównaniu z silnikiem tłokowym jest prostszej budowy i lżejszy. Jednocześnie jest bardziej skomplikowany technologicznie oraz kosztowniejszy w użytkowaniu, a ponadto cechuje go mała zrywność.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Miejsce na notatki

RZXaIR55XsOwy

Sprzęgła (budowa i zastosowanie)

Netografia i bibliografia