Poradnik motoryzacyjny

Jak działa silnik samochodowy?

Technologia motoryzacyjna przeszła długą drogę od czasu, gdy Henry Ford zaprezentował swój pierwszy Model T w 1908 roku.

Dziś mamy elektroniczną kontrolę silnika, poduszki powietrzne, automatyczne skrzynie biegów, a nawet odtwarzacz CD, który pełni funkcję telefonu. Ale jedyną rzeczą, która łączy Model T i współczesne samochody jest silnik spalinowy.

Chociaż kontrole, które są używane, aby to działa drastycznie się zmieniły, działanie podstawowego silnika pozostał taki sam.

Ostatecznym zadaniem silnika samochodowego jest obracanie wału korbowego. Siła, która wprawia samochód w ruch, zaczyna się na wale korbowym.

Aby zrozumieć, jak działa wał korbowy, wyobraźmy sobie rower pedałujący w dół drogi. Pedały są odsunięte od środka przedniego koła zębatego. Gdy naciska się prawy pedał, koło zębate obraca się, a lewy pedał przesuwa się do pozycji, w której również może być naciskany. Gdy lewy pedał jest wciskany, obraca się koło zębate, co powoduje przesunięcie prawego pedału na odpowiednią pozycję. Cykl ten powtarza się w sposób ciągły, obracając zębatkę i przesuwając rower do przodu.

Tak w zasadzie działa wał korbowy. Zamiast pedałów, wał korbowy jest napędzany przez tłoki. Tłoki poruszają się w górę i w dół, a każdy z nich podnosi inny do pozycji, w której jest następny w kolejce do obracania wałem korbowym.

Aby zrozumieć, co sprawia, że tłoki się poruszają, musisz najpierw zrozumieć konfigurację silnika spalinowego.

Blok silnika jest odlany z metalu, zazwyczaj z żelaza lub aluminium. W bloku wbudowane są cylindry. Cylindry mają zazwyczaj od trzech do pięciu cali średnicy i od pięciu do dziesięciu cali długości. Liczby te różnią się znacznie w zależności od pojemności skokowej silnika. Silniki samochodowe mogą mieć od dwóch do dwunastu cylindrów w jednym bloku silnika. W tym artykule omówimy rzędowy silnik czterocylindrowy.

Silnik czterocylindrowy jest zaprojektowany tak, że wszystkie cztery cylindry znajdują się w linii prostej. Wał korbowy znajduje się pod cylindrami, dzięki czemu każdy tłok, poruszając się w górę i w dół w swoim cylindrze, może obracać wałem korbowym, jak pedałami w rowerze.

Tłoki, za pomocą elastycznych pierścieni, są idealnie dopasowane do cylindrów. Konieczne jest, aby powietrze nie mogło ominąć tłoków, gdy poruszają się one w cylindrze. Tłoki są połączone z wałem korbowym za pomocą korbowodów. Tłok popycha drążek, drążek popycha wał korbowy, a wał korbowy się obraca. Tak jak, no cóż, rozumiecie to.

Górna część cylindrów jest szczelnie zamknięta głowicą cylindra. Wewnątrz głowicy znajdują się dwa zawory na cylinder, zawór wlotowy i zawór wylotowy. W głowicę wkręcona jest również jedna świeca zapłonowa na cylinder. Głowica uszczelnia cylinder tak dobrze, że gdy zawory są zamknięte, powietrze nie może dostać się do obszaru nad tłokiem i pod głowicą. Przestrzeń ta nazywana jest komorą spalania.

Co zatem sprawia, że tłok porusza się w dół cylindra i obraca wałem korbowym w silniku samochodowym o spalaniu wewnętrznym? Odpowiedź brzmi: spalanie wewnętrzne.

Każdy tłok wykonuje sekwencję czterech suwów. Suw definiuje się jako ruch tłoka na całej długości cylindra, niezależnie od tego, czy jest to suw w górę, czy w dół. Cztery suwy to: wlot, sprężanie, moc i wydech. Po wykonaniu tych czterech suwów sekwencja zaczyna się od nowa.

Podczas suwu wlotowego tłok porusza się w dół. Ponieważ powietrze nie może dostać się do obszaru na szczycie tłoka (komory spalania), podczas ruchu tłoka w dół tworzy się podciśnienie. Zawór dolotowy otwiera się, a podciśnienie wytworzone przez tłok zasysa mieszankę paliwowo-powietrzną do cylindra przez zawór dolotowy. Mieszanka paliwowo-powietrzna powinna wynosić około 14,7 części powietrza do 1 części benzyny. Zanim tłok osiągnie dolną część suwu wlotowego, cylinder jest już wypełniony mieszanką paliwowo-powietrzną.

Zawór wlotowy zamyka się, a tłok rozpoczyna swoją wędrówkę w górę, w suwie sprężania. Ponieważ oba zawory są zamknięte i nic nie może ominąć tłoków, nie ma miejsca dla mieszanki paliwowo-powietrznej, więc zostaje ona zgnieciona. Nazywa się to sprężaniem. Mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana do głowicy cylindra, po czym następuje odpalenie świecy zapłonowej.

Świeca zapłonowa wytwarza iskrę, która zapala sprężoną mieszankę paliwowo-powietrzną. Rozprężające się gazy z równomiernie spalającej się mieszanki paliwowo-powietrznej zmuszają tłok do opuszczenia się w dół, co powoduje przyłożenie momentu obrotowego do wału korbowego i jego obrót. To jest właśnie suw mocy.

Prawdopodobnie słyszałeś, że spalanie w cylindrze jest określane mianem eksplozji. To nie jest eksplozja. Wybuch w komorze spalania nazywany jest detonacją i jest bardzo złą rzeczą. Mieszanka paliwowo-powietrzna spala się równomiernie i całkowicie.

Gdy tłok osiągnie dolną granicę suwu mocy, w cylindrze pozostaje spalone paliwo i powietrze. Gazy te muszą zostać usunięte z cylindra, gdy tłok kieruje się ku górze w suwie wydechu. Gdy tłok porusza się w górę cylindra, otwiera się zawór wydechowy, a tłok wypycha wszystkie gazy spalinowe z cylindra przez otwarty zawór wydechowy i przez rurę wydechową.

Tak więc mamy cztery suwy:

Suw dolotowy: Otwiera się zawór dolotowy, tłok wciąga mieszankę paliwowo-powietrzną do cylindra.

Suw sprężania: Tłok spręża paliwo w komorze spalania.

Suw mocy: Świeca zapala mieszankę, rozprężające się gazy zmuszają tłok do opuszczenia cylindra i obrócenia wału korbowego.

Suw wydechu: Gazy spalinowe są usuwane z cylindra.

Ważne jest, aby podczas suwu wydechu wszystkie gazy zostały usunięte z cylindra. Nie byłoby możliwe, aby suw ssania, który następuje później, wytworzył próżnię, gdyby w cylindrze znajdowało się cokolwiek. Próżnia to z definicji przestrzeń całkowicie pozbawiona materii.

Podczas gdy wał korbowy się obraca, wszystkie cylindry są w danym momencie w innym suwie. W silniku czterocylindrowym dwa tłoki znajdują się jednocześnie na górze, jeden w suwie sprężania, a drugi w suwie wydechu. W tym samym położeniu wału korbowego pozostałe dwa tłoki znajdują się na dole, jeden w suwie mocy, a drugi w suwie ssania.

Zawory są otwierane przez wałek rozrządu. Gdy wałek rozrządu się obraca, mimośrodowe wypustki naciskają na zawór, wymuszając jego otwarcie. Wałek rozrządu jest napędzany przez pasek rozrządu lub łańcuch rozrządu, który jest napędzany przez wał korbowy. Rozrząd wału rozrządu w stosunku do położenia tłoków jest niezbędny do działania całej tej rzeczy.

Tak więc to są podstawy tego, jak działa silnik samochodowy. Nie poruszyliśmy jeszcze kwestii układów zapłonowych, układów dostarczania paliwa i elektronicznego sterowania silnikiem. Może następnym razem. Ale na razie, mam nadzieję, że ten artykuł pomoże Ci zrozumieć, jak to działa.