Silnik spalinowy

Silnik spalinowy - silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu obrotowego lub siły. Sprężany jest gaz "zimny" a rozprężany - "gorący". Do sprężenia gazu zimnego zużywana jest mniejsza ilość energii mechanicznej, niż uzyskuje się z rozprężania. Energia uzyskana z rozprężania zużywana jest do sprężania gazu i do napędu dowolnej maszyny. Gorący gaz uzyskuje się w wyniku spalenia paliwa - stąd nazwa - silnik spalinowy.

[edytuj] Zasada działania:

Czynnik "zimny", często powietrze zassane z otoczenia, jest sprężane, a w wyniku sprężania rośnie jego ciśnienie i temperatura. Sprężony gaz ogrzewany jest poprzez spalanie paliwa do stosunkowo wysokiej temperatury. "Gorący" gaz rozprężany jest w cylindrze z ruchomym tłokiem lub/i turbinie. Uzyskana z rozprężania gorącego gazu energia mechaniczna wystarcza na pokrycie zapotrzebowania energii do sprężenia gazu "zimnego" i do napędu dowolnej maszyny.

Sprężanie i rozprężanie gazu może odbywać się zarówno w maszynach przepływowych jak i tłokowych. Jeśli wykorzystujemy maszyny przepływowe mamy do czynienia z silnikiem turbinowym, składającym się z osobnych elementów: sprężarki, komory spalania i turbiny. Jeśli silnikiem naszym jest maszyna tłokowa, to proces sprężania, spalania paliwa i rozprężania gorącego czynnika odbywa się cyklicznie w jednej przestrzeni ograniczonej tłokiem, głowicą i ściankami cylindra (silnik tłokowy).

[edytuj] Rodzaje silników spalinowych:

Istnieje kilka podziałów silników spalinowych, według różnych kryteriów. Poszczególne konkretne silniki zazwyczaj daje się sklasyfikować w kilku z tak powstałych klasyfikacji.

Ze względu na sposób spalania można wyróżnić silniki spalinowe spalania otwartego i zamkniętego. Silniki spalania otwartego nie uszczelniają przestrzeni, w której następuje reakcja spalania. Silniki spalania zamkniętego przeprowadzają reakcję spalania w szczelnej komorze.

Ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym silnika można wyróżnić:

• silniki wolnossące (nie doładowane)
• silniki doładowane, które ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym dzieli się na:
  • silniki nisko doładowane (nadciśnienie 0 - 0,5 bara)
  • silniki średnio doładowane (nadciśnienie 0,5 - 1 bara)
  • silniki wysoko doładowane (nadciśnienie powyżej 1 bara)

Ze względu na czynnik roboczy można wyróżnić silniki spalinowe tłokowe, turbinowe oraz reakcyjne.

Najczęściej spotykane konfiguracje:

• silnik spalinowy tłokowy o ruchu posuwisto-zwrotnym tłoka, najczęściej spotykana jednostka napędowa samochodów, jako napęd główny i pomocniczy siłowni okrętowych a nawet jako napęd generatorów awaryjnych w elektrowniach atomowych. Moce największych spalinowych silników okrętowych sięgają 80 MW a średnice cylindra 1050 mm. Jest to silnik spalania zamkniętego
• silnik spalinowy tłokowy o tłoku rotacyjnym, zwany też silnikiem Wankla, spotykany rzadko w motoryzacji, jest to silnik spalania zamkniętego
• silnik Stirlinga o chemicznym źródle ciepła (silnik tego typu może też korzystać z innych źródeł ciepła, niż spalanie), jest to silnik spalania otwartego
• silnik turbowałowy - jest to silnik turbinowy, z którego moc mechaniczna odbierana jest z wału wirnika turbiny, używany głównie w lotnictwie (silniki turbośmigłowe, śmigłowcowe), w energetyce (siłownia gazowa, układ gazowo-parowy), do napędu śrub okrętowych, sporadycznie w kolejnictwie, jeszcze rzadziej w motoryzacji
• silnik odrzutowy - jest to silnik reakcyjny, spalania otwartego, używany głównie w lotnictwie

[edytuj] Wielkości charakteryzujące silniki spalinowe

• Pojemność skokowa (dla silników tłokowych) - Zsumowana różnica pomiędzy maksymalną a minimalną objętością każdego z cylindrów w silniku spalinowym wyrażana w centymetrach sześciennych = cm3, ccm.
• Stopień sprężania (dla silników tłokowych) - Stosunek przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie ssania do przestrzeni nad tłokiem w końcowej fazie sprężania.

Stopień sprężania obliczamy ze wzoru , gdzie Vc to objętość nad tłokiem po suwie ssania, a Vk to objętość nad tłokiem po suwie sprężania.

• Prędkość obrotowa - Wielkość określająca ilość obrotów wału korbowego na minutę. wyrażana w [ ].
• Maksymalny moment obrotowy - Maksymalny moment obrotowy przekazywany z wału silnika do układu napędowego.
• Moc silnika - Stosunek wykonywanej pracy do czasu jej wykonania.

Jednostki mocy:

• • 1 KM = 0,736 kW.
  • 1 kW = 1,36 KM
• Objętościowy wskaźnik mocy (dla silników tłokowych) - Stosunek mocy silnika do objętości wszystkich cylindrów w końcowej fazie suwu ssania.

• Jednostkowa moc wewnętrzna (dla silników turbinowych) - Stosunek mocy wewnętrznej silnika turbowałowego do strumienia masy czynnika na wlocie do silnika:

, gdzie N_i - moc wewnętrzna turbiny [W], G_0 - strumień masy czynnika na wlocie do układu samochodu

[edytuj] Linki zewnętrzne

Schemat konstrukcji i działania silnika spalinowego