Silniki spalinowe - podział, budowa

SILNIKI SPALINOWE
w zależności od wartości stopnia sprężania silniki dzieli się na:
-niskoprężne- silniki z zapłonem iskrowym, w których mieszanka paliwowo-powietrzna, znajdująca się nad tłokiem, zostaje zapalona iskrą elektryczną przeskakującą między elektrodami świecy zapłonowej
-wysokoprężne- zapłon mieszanki następuje samoczynnie w wyniku wysokiej temperatury wytworzonej przy sprężaniu – przez tłok – powietrza, do którego jest wtryskiwane paliwo (zapłon samoczynny)
Ciągłość pracy silników spalinowych tłokowych jest zachowywana w wyniku cyklicznego powtarzania się procesów (cykl pracy silnika):
*napełniania cylindra mieszanką paliwowo-powietrzną
*sprężanie ładunku i zapalenia mieszanki
*rozprężenia gazów spalinowych połączonego z wykonaniem pracy użytecznej
*usunięcia spalin z cylindra
w zależności od tego w ilu suwach odbywa się cykl pracy, silniki spalinowe dzielimy na:
-dwusuwowe
-czterosuwowe
SILNIK DWUSUWOWY – pełen cykl pracy następuje podczas dwóch suwów tłoka (suw sprężania i suw pracy). Podczas suwu tłoka od położenia DZP do położenia GZP w komorze skrzyni korbowej wytwarza się podciśnienie. W chwili gdy tłok odsłoni kanał dolotowy (znajdujący się w ściance cylindra), do skrzyni korbowej dostaje się wytworzona w gaźniku mieszanka paliwowo-powietrzna. W tym samym suwie, nad tłokiem następuje sprężanie mieszanki zassanej w poprzednim cyklu pracy. W końcowej fazie suwu sprężania następuje zapłon mieszanki od iskry elektrycznej. Powstające gazy spalinowe przesuwają tłok od GZP do DZP. Następuje suw pracy. Podczas ruchu tłoka ku dołowi, jego krawędź zamyka otwór kanału dolotowego i dalszy ruch tłoka powoduje wstępne sprężenia mieszanki w skrzyni korbowej. W końcowej fazie suwu górna krawędź tłoka odsłania otwór kanału wylotowego (ujście spalin na zewnątrz), a następnie odsłania okno kanału przelotowego pomiędzy skrzynią korbową i przestrzenią w cylindrze nad tłokiem. Sprężona mieszanka znajduje ujście do cylindra i wypełniając go wypycha do kanału wylotowego resztki gazów spalinowych. Następuje tzw. przepłukiwanie cylindra. Po przekroczeniu DZP, podczas dalszego ruchu tłoka, następuje zamknięcie kanałów przelotowego i wylotowego, rozpoczyna się suw sprężania. Cykl się powtarza.
Zaleta: prosta konstrukcja i mały ciężar przypadający na jednostkę mocy. Wada: duża toksyczność gazów spalinowych powstających w wyniku nieprawidłowego spalania mieszanki paliwowej.
SILNIK CZTEROSUWOWY – cykl pracy odbywa się w dwóch obrotach wału korbowego, czyli w czterech suwach tłoka (dolotu, sprężania, pracy i wylotu).
z zapłonem iskrowym - Podczas suwu dolotu, tłok przemieszczający się od GZP do DZP, zasysa do cylindra mieszankę paliwowo-powietrzną. Mieszanka napływa z gaźnika przez zawór dolotowy. Po przejściu tłoka przez DZP następuje zamknięcie zawory dolotowego, tłok przemieszcza się do GZP sprężając mieszankę wypełniającą cylinder. Ten suw nazywa się suwem sprężania i trwa do momentu dojścia tłoka do GZP. W końcowej fazie suwu sprężania ciśnienie nad tłokiem zwiększa się. Przed dojściem tłoka do GZP, między elektrodami świecy zapłonowej umieszczonej w głowicy przeskakuje iskra elektryczna zapalając mieszankę. Gwałtownie rozprężające się gazy spalinowe przemieszczają tłok od GZP do DZP w suwie pracy, który jest jedynym źródłem energii mechanicznej silnika. Po przejściu tłoka przez DZP następuje suw wylotu. Tłok przemieszczający się do GZP przez otwarty zawór wypycha gazy spalinowe do przewody wylotowego. Po usunięciu spalin, w chwili dojścia tłoka do GZP, zawór wylotowy zamyka się. Cykl powtarza się. [w samochodach osobowych i osobowo-towarowych]
z zapłonem samoczynnym – różnice: w miejscu świec zapłonowych znajdują się wtryskiwacze paliwa. Do cylindra jest zasysane tylko powietrze. Podczas suwu sprężania w cylindrze następuje wzrost ciśnienia i temperatury. W końcowej fazie suwu sprężania do gorącego powietrza zostaje wtryśnięte rozpylone paliwo. Opary paliwa wymieszane z powietrzem tworzą mieszankę samoczynnie zapalającą się. Pozostałe suwy mają identyczny przebieg ja w silniku 4suwowym z zapłonem iskrowym. [w ciągnikach, maszynach i urządzeniach rolniczych]
BUDOWA SILNIKÓW SPALINOWYCH:
Silnik spalinowy składa się z kadłuba, mechanizmy korbowo-tłokowego i układów: rozrządu, smarowania, chłodzenia, zasilania oraz zapłonowego (tylko w niskoprężnych).
1.Kadłub silnika – tworzy szkielet, który łączy poszczególne zespoły silnika. Odlewane są z żeliwa lub ze specjalnych stopów lekkich. Górna część kadłuba to blok cylindrowy, w którym osadzone są cylindry; dolna to skrzynia korbowa z wałem korbowym.
Najważniejszą częścią silników są CYLINDRY w których przestrzeni (zamkniętej z jednej strony głowicą, a z drugiej – tłokiem) przebiegają procesy zamiany energii cieplnej za energię mechaniczną. Cylindry są wykonane najczęściej w postaci wymiennych tulei wtłaczanych do bloku. Cylindry silników czterosuwowych są jednolite, a dwusuwowych mają w ściankach otwory kanałów: dolotowego, wylotowego i przelotowego, które są otwierane i zamykane przez tłok.
2. Mechanizm korbowo-tłokowy
Funkcja: zamienia postępowo-zwrotny ruch tłoka na obrotowy ruch wału korbowego
Podstawowe elementy mechanizmu: tłoki, korbowody, wał korbowy, koło zamachowe.
Tłok – porusza się w tulei cylindra przejmując naciski gazów spalinowych i poprzez sworzeń przekazuje je na korbowód. Tłoki są wykonane ze stopów lekkich lub żeliwnych. Tłok powinien jak najmniej się nagrzewać i jak najszybciej oddawać ciepło ściankom cylindra. Przegrzanie się tłoka może powodować samozapłon mieszanki paliwowej, a nawet prowadzić do uszkodzenia silnika.
Część uszczelniająca – uszczelnia cylinder by możliwe było wywożenie wysokiego ciśnienia nad tłokiem. Znajduje się w bocznej ściance tłoka. W obwodowo wyciętych rowkach znajdują się sprężyste, żeliwne pierścienie uszczelniające. Mają one przekrój prostokątny i podczas pracy silnika uszczelniają przestrzeń między ściankami tłoka a cylindra, zapobiegają przedostaniu się gazów spalinowych znad tłoka od skrzyni korbowej. Miejsce przecięcia pierścienia nazywa się zamkiem. Liczba pierścieni uszczelniających wynosi od dwóch do czterech.
Pierścienie zgarniające – równomiernie rozprowadzają olej po gładzi cylindra. Jeden lub dwa.
Sworzeń tłokowy – łączy przegubowo tłok z korbowodem. Jest osadzony w tłoku za pomącą sprężystych pierścieni w celu zabezpieczenia.
Korbowód – poprzez sworzeń łączy tłok z wałem korbowym. Jego zadaniem jest przenoszenie sił między tłokiem a wałem podczas kolejnych cykli pracy oraz zamiana ruchu postępowo-zwrotnego tłoka na obrotowy ruch wału lub odwrotnie. W korbowodzie rozróżnia się: główkę, trzon, stopę.
Wał korbowy – pośredniczy w przekazywaniu energii między tłokiem a kołem zamachowym oraz odwrotnie. Od niego są napędzane również inne mechanizmy silnika np. układ rozrządu. W wale korb. można rozróżnić: czopy główne , czopy korbowodowe oraz ramiona, które je łączą.
Koło zamachowe – w formie żeliwnego lub stalowego pierścienia – mocuje się na końcu wału korbowego. Jego zadaniem jest: „magazynowanie” energii kinetycznej, która zmniejsza nierównomierność obrotów wału. Na obrzeżu koła zamach. znajduje się wieniec zębaty, z którym łączy się koło zębate rozrusznika elektr.
3. Układ rozrządu – to mechanizm sterujący wymianą gazów w przestrzeni nad tłokiem (wlotem świeżej mieszanki paliwowo-powietrznej lub czystego powietrza do cylindra i wylotem gazów spalinowych). Działanie ukł. polega na otwieraniu i zamykaniu w ściśle określonym czasie kanałów dolotowych i wylotowych.
- zaworowy – otwieranie i zamykanie kanałów odbywa się za pomocą zaworów grzybkowych; jest stosowany w silnikach czterosuwowych; wyróżnia się dolno- i górnozaworowy.
- tłokowy – kanały są zasłaniane i odsłaniane przez ściankę tłoka przemieszczającego się w cylindrze; w silnikach dwusuwowych
Elementy ukł. rozrządu: wał rozrządu, popychacze, dźwignie zaworowe, zawory, koła zębate napędu rozrządu
Wał rozrządu – może być umieszczony w kadłubie lub głowicy silnika. Napęd na wał rozrządu jest przekazywany od wału korbowego za pośrednictwem przekładni. Na wale rozrządu są umieszczone krzywki (dwie dla jednego cylindra; do sterowania pracą zaworu dolotowego i wylotowego). Na krzywkach są oparte popychacze, które służą do przekazywania nacisku z krzywek na dźwignie zaworowe zamocowane we wsporniku głowicy.
Obsługa ukł. rozrządu – podst. czynność: regulacja luzu zaworowego (za duże luzy prowadzą do zmiany czasu otwierania i zamykania zaworów, a w następstwie do niewłaściwego napełniania cylindrów ładunkiem i opróżniania ze spalin; zbyt małe luzy zaworowe w rozgrzanym silniku powodują niedomykanie się zaworów, prowadzące do wypalania przylgni zaworowych przedmuchami gorących gazów). Wartość luzu, określana wielkością szczeliny między dźwignia a trzonkiem zaworu, zależy od typu silnika i jego cech konstrukcyjnych.
4. Układ smarowania – jego zadaniem jest dostarczanie oleju do ruchomych części silnika, by zmniejszyć opór tarcia pomiędzy elementami. Ponadto olej wprowadzony między trące powierzchnie powoduje:
*odprowadzenie ciepła wytwarzanego podczas tarcia
*oczyszczenie trących powierzchni i odprowadzenie zanieczyszczeń do filtrów
*uszczelnienie współpracujących powierzchni
*zabezpieczenie powierzchni przed korozją
*tłumienie drgań i hałasu pracujących części
Olej – powinien mież dobrą przyczepność do pracujących powierzchni, powinien utrzymywać właściwości smarne w szerokim zakresie temperatur, powinien charakteryzować się dużą trwałością, chemiczną obojętnością w stosunku do materiałów, z którymi się styka.
Obieg oleju w silnikach – pompa olejowa zębata zasysa olej przez wstępny filtr siatkowy z misy olejowej i pod ciśnieniem tłoczy go do filtru dokładnego oczyszczania. Oczyszczony olej – przewodem głównym – trafia do poszczególnych punktów smarowania (łożyska główne wału korbowego, łożyska korbowodu, łożyska wału rozrządu, oś dźwigni zaworowych). Niektóre części silnika są smarowane mgłą olejową (m.in. gładzie cylindrów, krzywki wału rozrządu). Olej wypływający z miejsc smarowania ścieka do miski olejowej.
Filtry – oczyszczają olej z pyłu dostającego się do silnika z zasysanym powietrzem, z zanieczyszczeń mechanicznych powstających na skutek tarcia oraz z osadów wytwarzanych podczas spalania się oleju. Filtry odśrodkowe (wykorzystanie różnicy ciężaru oleju i zanieczyszczeń), filtry magnetyczne (wychwytują z oleju drobin zanieczyszczenia ze stali)
Obsługa ukł. smarowania – czynności obsługowe dzielimy na:
-codzienne – sprawdzanie poziomu oleju, podczas pracy należy kontrolować ciśnienie oleju wskazywane lampką kontrolną.
-okresowe – wiąże się z wymianą oleju i czyszczeniem lub wymianą filtrów
5. Układ zasilania – jego zadaniem jest dostarczanie powietrza i paliwa do komory spalania cylindra w celu wytworzenia mieszanki o odpowiednim składzie.
A.Zasilanie powietrzem – podstawowym urządzeniem tego układu są filtry oczyszczające powietrze dostające się do silnika. W zależności od budowy i zastosowania istnieje wiele odmian filtrów. Oczyszczanie powietrza może odbywać się przez odwirowanie zanieczyszczeń, przepuszczanie przez wkład filtrujący, kąpiel olejową lub metodą kombinowaną, jednocześnie wykorzystującą kilka sposobów.
Filtry dwustopniowe (bezwładnościowo-olejowe) – zasysane przez silnik powietrze dostaje się do filtru przez boczną osiatkowaną ściankę pokrywy. Powietrze wprawiane jest w ruch wirowy, powodujący się osadzanie zanieczyszczeń pylistych po obrzeżach lejowatego zbiornika. Ta część jest nazwana filtrem odśrodkowym. Strumień wstępnie oczyszczonego powietrza dostaje się do części dolnej wypełnionej olejem, gdzie osiada część zanieczyszczeń. Powietrze odbite od powierzchni oleju jest kierowane przez siatkowe wkłady filtrujące do silnika
Turbodoładowanie – dzięki niemu uzyskuje się zwiększenie mocy. Podstawowym urządzeniem układu jest turbosprężarka.
B.Zasilanie paliwem – stosowana w silnikach z zapłonem iskrowym, które są zasilane mieszanką paliwowo-powietrzną.
Gaźnik – urządzenie w którym jest uzyskiwany odpowiedni skład i właściwe rozpylenie mieszanki.
Inne elementy ukł. zasilania: zbiornik paliwa, filtr, pompa paliwa, przewody doprowadzające.
Filtry paliwowe – oddzielają większość zanieczyszczeń mechanicznych. Zasada działania polega na stworzeniu w układzie zasilania przesączalnej przegrody zatrzymującej zanieczyszczenia. W silnikach ciągnikowych najczęściej są stosowane filtry paliwa jedno- i dwustopniowe z wymiennymi wkładami.
Pompy wtryskowe i wtryskiwacze zapewniają uzyskanie właściwego ciśnienia wtrysku i rozpylenia paliwa w cylindrze. Zadaniem pompy wtryskowej jest tłoczenie w odpowiednim momencie określonych porcji paliwa przez wtryskiwacze do komór spalania poszczególnych cylindrów. Zadaniem wtryskiwacza jest ukierunkowanie i dokładne rozpylenie porcji paliwa w komorze spalania.
Obsługa ukł. zasilania:
*powietrzem – obejmuje głównie kontrolę i konserwację filtru powietrza oraz sprawdzanie szczelności połączeń
*paliwem – utrzymanie układu paliwowego w czystości, zapewnienie szczelności połączeń, wymianę filtrów paliwowych, odpowietrzanie układu, kontrolę prawidłowości działania poszczególnych elementów układu.
6. Układ chłodzenia – powinien zapewniać silnikowi odpowiednią temperaturę podczas pracy, przy różnym stopniu obciążenia i w różnych warunkach klimatycznych; odprowadza z silnika 25/35% ciepła.
W zależności od rodzaju czynnika odbierającego ciepło rozróżnia się układy chłodzenia:
A.Powietrzem – podstawowe elementy: dmuchawa i osłona kierunkowa. Strumień wytwarzanego przez dmuchawę powietrza jest kierowany na ogrzewające się cylindry. Przepływające między cylindrami powietrze odbiera ciepło z silnika.
B.Cieczą – czynnikiem chłodzącym jest płyn (woda; roztwory wodne glikolu etylowego), który przepływając kanałami w bloku cylindrowym i w głowicy odbiera od nich ciepło. Przepływ cieczy może być samoczynny lub wymuszony.
Podstawowe zespoły układu: chłodnica (wymiennik ciepła), wentylator, pompa, termostat, kanały chłodzące bloku i głowicy.
Obsługa układu chłodzenia:
-powietrzem – regulacja napięcia paska klinowego napędu dmuchawy, utrzymanie czystości żeberek cylindrów. Okresowo należy kontrolować sprawność działania termostatu
-cieczą – kontrolowanie poziomu i ewentualne uzupełnienie płynu chłodniczego.