Działanie silnika spalinowego

Silnik spalinowy to serce każdego pojazdu napędzanego paliwem. Jego zadaniem jest przekształcanie energii chemicznej zawartej w paliwie na energię mechaniczną, która napędza pojazd. Mimo rosnącej popularności silników elektrycznych, spalinowe jednostki napędowe wciąż dominują na drogach. W tym artykule opowiemy, jak działa silnik spalinowy, jak wygląda cykl jego pracy oraz podzielimy się ciekawostkami na temat tej fascynującej technologii.

Jak działa silnik spalinowy?

Silnik spalinowy pracuje na zasadzie zamiany energii chemicznej w energię mechaniczną, wykorzystując proces spalania paliwa. Podstawą działania tego typu silnika jest zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrach, co prowadzi do wytworzenia siły napędzającej tłoki. Ruch tłoków jest następnie przekształcany na ruch obrotowy wału korbowego, który przekazuje moc na koła pojazdu.
Współczesne silniki spalinowe dzielą się głównie na jednostki benzynowe i diesla. Oba typy działają na podobnej zasadzie, jednak różnią się sposobem spalania paliwa i konstrukcją.

Cykl pracy silnika czterosuwowego

Najpopularniejsze silniki stosowane w pojazdach to jednostki czterosuwowe, czyli silniki wykonujące pełny cykl pracy w czterech etapach. Oto, jak działa każdy z nich:

• Suw ssania – tłok przemieszcza się w dół cylindra, otwierając zawór ssący. Do komory spalania dostaje się mieszanka paliwa i powietrza (w silnikach benzynowych) lub samo powietrze (w silnikach diesla).
• Suw sprężania – tłok porusza się w górę, zamykając zawory i sprężając mieszankę paliwowo-powietrzną. W dieslach mieszanka zapala się automatycznie pod wpływem wysokiego ciśnienia, a w silnikach benzynowych zapłon inicjowany jest iskrą świecy zapłonowej.
• Suw pracy – następuje zapłon mieszanki, co powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia w cylindrze i siłę naciskającą tłok w dół. Ruch tłoka napędza wał korbowy, wytwarzając energię mechaniczną.
• Suw wydechu – tłok przesuwa się z powrotem w górę, otwierając zawór wydechowy i usuwając spaliny na zewnątrz cylindra.

Różnice między silnikami benzynowymi a diesla

Silniki benzynowe i diesla różnią się pod względem sposobu spalania i efektywności pracy. Oto najważniejsze różnice:

Silnik benzynowy:

• W silnikach benzynowych stosuje się mieszankę paliwa i powietrza, którą spręża się, a następnie zapala iskrą z świecy zapłonowej.
• Tego typu silniki są lżejsze i cichsze, ale mają wyższe zużycie paliwa w porównaniu do diesla.
• Pracują w wyższym zakresie obrotów, co przekłada się na dynamiczną i bardziej sportową jazdę.

Silnik diesla:

• W silnikach diesla sprężane jest samo powietrze, a paliwo wtryskiwane jest w ostatniej fazie sprężania, co powoduje jego samozapłon.
• Są bardziej wydajne i ekonomiczne w zużyciu paliwa, lecz cięższe i głośniejsze.
• Idealnie sprawdzają się w długodystansowych trasach oraz do przewozu dużych ładunków.

Elementy kluczowe w budowie silnika spalinowego

Silnik spalinowy składa się z wielu precyzyjnie współdziałających elementów. Oto najważniejsze z nich:

• Cylinder i tłok – cylinder to komora, w której porusza się tłok odpowiedzialny za sprężanie i rozprężanie mieszanki paliwowo-powietrznej.
• Wał korbowy – przekształca ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy, który napędza pojazd.
• Zawory – otwierają się i zamykają, regulując przepływ mieszanki i spalin w cylindrze.
• Świeca zapłonowa (w silnikach benzynowych) – generuje iskrę, która zapala mieszankę paliwowo-powietrzną.
• Układ paliwowy – odpowiedzialny za dostarczanie odpowiedniej ilości paliwa do silnika.

Wady i zalety silnika spalinowego

Zalety:

• Duża dostępność i wydajność – technologia silników spalinowych jest dopracowana, a części i paliwo są powszechnie dostępne.
• Uniwersalność – mogą być stosowane w różnych pojazdach, od motocykli, przez auta osobowe, po ciężarówki.
• Szybkie uzupełnienie paliwa – tankowanie zajmuje kilka minut, co daje przewagę nad pojazdami elektrycznymi, które wymagają długiego ładowania.

Wady:

• Zanieczyszczenie środowiska – spalanie paliwa emituje CO₂ oraz inne zanieczyszczenia, co przyczynia się do smogu i zmian klimatycznych.
• Zużycie paliw kopalnych – działanie silników spalinowych jest uzależnione od paliw kopalnych, które są ograniczonym zasobem.

Ciekawostki na temat silników spalinowych

1. Pierwszy silnik spalinowy powstał w 1876 roku i został wynaleziony przez Nikolausa Otto – stąd nazwa „silnik otto” dla jednostek benzynowych.
2. Silnik dwusuwowy stosowany jest głównie w małych maszynach, takich jak kosiarki, i działa bez fazy ssania i wydechu.
3. Turboładowanie zwiększa wydajność silnika – turbina wykorzystuje spaliny, aby wtłoczyć więcej powietrza do komory spalania, co poprawia moc i efektywność pracy.

Podsumowanie

Silnik spalinowy jest jedną z najważniejszych technologii XX wieku, która umożliwiła masową motoryzację i rozwój przemysłu. Działa na zasadzie spalania paliwa i przekształcania energii na ruch mechaniczny. Choć w dzisiejszych czasach jest wypierany przez jednostki elektryczne, to nadal pozostaje powszechnie stosowany w wielu pojazdach. Zrozumienie działania silnika spalinowego pomaga lepiej docenić technologię i mechanikę stojącą za każdym kilometrem przejechanym na drodze.