Silniki spalinowy jest urządzeniem, które służy do zamiany energii chemicznej na pracę mechaniczną. Co to oznacza w praktyce? Otóż silnik spalinowy to maszyna służąca do konwersji energii zmagazynowanej w związkach chemicznych na energię mechaniczną służącą do napędu samochodu.
Jak wiadomo, w przyrodzie nic nie ginie i nic nie pojawia się z niczego... Zatem cały strumień energii zaczyna się od promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi, emitowanego przez Słońce. Część tej energii zostaje zmagazynowana przez rośliny, które wykorzystują ją do agregowania ze sobą pierwiastków chemicznych w bardziej skomplikowane struktury - związki chemiczne. W ten sposób rośliny budują własne tkanki, a w konsekwencji - rosną. Gdy rośliny kończą swój żywot, wówczas zmagazynowana w nich energia związków organicznych podlega licznym przemianom. W konsekwencji tych przemian (trwają od kilku do kilkunastu milionów lat) powstają paliwa kopalne, tj.: węgiel kamienny i brunatny, torf, gaz ziemny i ropa naftowa. Ostatni surowiec, poddany przemianom, jest głównym źródłem energii wykorzystywanej do napędzania silników spalinowych.
Jednymi z produktów przemiany ropy naftowej są benzyna i olej napędowy wykorzystywane do napędu silnika spalinowego.
Zasada działania silnika spalinowego opiera się na cyklach przemian zachodzących w cylindrach. Istnieje wiele rodzajów silników spalinowych. Dla potrzeby omówienia zasady działania silnika wykorzystany zostanie silnik czterosuwowy.
W silniku czterosuwowym, jak sama nazwa wskazuje, jeden cykl pracy składa się z czterech suwów tłoka w cylindrze. Na schemacie zamieszczonym poniżej kolorem żółtym zaznaczono tłok poruszający się we wnętrzu cylindra (zaznaczony szarym kolorem). Tłok połączony jest korbowodem (kolor pomarańczowy) z wałem korbowym (zaznaczony na fioletowo). Wał korbowy służy do zamiany ruchu posuwisto - zwrotnego tłoka na ruch obrotowy napędzający koła.
Na schemacie widoczne są dwa przewody dochodzące do wnętrza cylindra. Jeden z nich to kanał dolotowy (na schemacie ulokowany z prawej strony, zaopatrzony w niebieski zawór ssący), za pomocą którego mieszanka paliwowo - powietrzna (bądź samo paliwo) zasysane są do wnętrza cylindra. Drugi, zaopatrzony w zawór wydechowy (na schemacie zaznaczony kolorem czerwonym), służy do wyprowadzania z cylindrów gazów powstałych w wyniku spalenia mieszanki w komorze spalania.
Tłok znajdujący się w cylindrze porusza się ruchem posuwistym. Wyróżnia się dwa skrajne położenia tłoka:
- DMP, czyli dolny martwy punkt, kiedy to tłok znajduje się najbliżej wału korbowego;
- GMP, górny martwy punkt, kiedy to tłok znajduje się najdalej od wału korbowego.
1. Tłok znajduje się w GMP.
Zaczyna poruszać się w dół aż do osiągnięcia DMP. Przy okazji przemieszczania się tłoka w dół w cylindrze wytwarzane jest podciśnienie. Towarzyszy temu otwarcie zaworu ssącego. Wytworzone przez cofający się tłok podciśnienie powoduje zassanie do wnętrza cylindra powietrza. Po osiągnięciu DMP pierwszy suw - ,,suw dolotu" - się kończy.
2. Tłok znajduje się w DMP.
We wnętrzu cylindra znajduje się zassane powietrze. Tłok zaczyna się przemieszczać w kierunku świecy. Zawór ssący zostaje zamknięty. Zassane powietrze zostaje uwięzione we wnętrzu cylindra. Poruszający się tłok zmniejsza objętość użyteczną cylindra powodując sprężanie powietrza. Towarzyszy temu wzrost ciśnienia w cylindrze oraz gwałtowny wzrost temperatury sprężonego powietrza (kilkaset stopni Celsjusza). Gdy tłok znajduje się niemal w położeniu GMP, do wnętrza cylindra zostaje wtryśnięte paliwo. Powstała mieszanka paliwowo - powietrzna jest silnie wybuchowa. Przeskakująca iskra na świecy powoduje zapalenie mieszanki. W tym momencie kończy się drugi suw - ,,suw sprężenia".
3. Tłok znajduje się w GMP.
Zapalona mieszanka powietrzno - paliwowa wytwarza bardzo duże ciśnienie. Rozprężający się gaz powoduje przemieszczenie tłoka z GMP do DMP. Gdy tłok osiągnie DMP kończy się trzeci suw - ,,suw pracy". Jest to najważniejszy suw w całym cyklu, dzięki któremu wytwarzana jest energia mechaniczna napędzająca silnik.
4. Tłok znajduje się w DMP.
Po osiągnięciu tego punktu posiada energię kinetyczną pozwalającą mu na kontynuowanie przemieszczania się w kierunku GMP. Towarzyszy temu otwarcie zaworu wydechowego, dzięki czemu powstałe w wyniku spalenia mieszanki paliwowo - powietrznej gazy mogą wydostać się z cylindra. Gdy tłok osiągnie położenie GMP czwarty suw - ,,suw wylotu" zostaje zakończony.
Po zakończeniu ,,suwu wylotu" cały cykl się powtarza.
Dzięki połączeniu tłoka z wałem korbowym za pomocą korbowodu energia powstała podczas spalania mieszanki paliwowo - powietrznej może zostać zamieniona na energię mechaniczną napędzającą koła samochodu.
Tekst: Łukasz Kochanek