silnik spalinowy tłokowy
 
Encyklopedia PWN
silnik spalinowy tłokowy,
maszyna, w której następuje zamiana energii chemicznej zawartej w dostarczonym do niej paliwie na pracę mechaniczną.
Jest to silnik cieplny o spalaniu wewnętrznym, w którym ruch tłoka jest wywołany ciśnieniem spalin powstających przez spalanie mieszanki palnej (paliwowo-powietrznej) wewnątrz cylindra silnika; powszechnie są stosowane silniki spalinowe tłokowe o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka (suwowe), zwane krócej silnikami spalinowymi tłokowymi, znacznie rzadziej o tłoku obracającym się. W silnikach suwowych tłok uszczelniony pierścieniami tłokowymi zamyka cylinder silnika; odległość między skrajnymi, zwrotnymi położeniami tłoka nazywa się skokiem tłoka, a przesunięcie tłoka od jednego do drugiego skrajnego położenia — suwem tłoka; posuwisto-zwrotny ruch tłoka jest zmieniany przez mechanizm korbowy na ruch obrotowy wału korbowego; dopływ mieszanki (lub powietrza) do cylindrów silnika oraz usuwanie z nich spalin reguluje mechanizm rozrządu. W silnikach spalinowych tłokowych czterosuwowych (czterosuwach) obieg pracy odbywa się w 4 suwach tłoka, co odpowiada 2 obrotom wału korbowego; w silnikach dwusuwowych (dwusuwach) obieg pracy odbywa się w 2 kolejnych suwach tłoka, co odpowiada 1 obrotowi wału korbowego. Silniki dwusuwowe w porównaniu z czterosuwowymi mają mniej skomplikowaną konstrukcję, są łatwiejsze do obsługi i naprawy, tańsze, ale ich wadami są na ogół większe zużycie paliwa i zanieczyszczanie powietrza; w nowoczesnych silnikach tłokowych dwusuwowych stosuje się m.in. szczelinowe zawory jednokierunkowe w kanałach wlotowych i zawory obrotowe — w wylotowych, automatyczne smarowanie i sterowanie zasilaniem oraz dopalacze katalityczne, a także powszechnie stosuje się bardziej złożone, zaworowe mechanizmy rozrządu, uniezależniające sterowanie wymianą ładunku od ruchu tłoka. Również wstępne sprężanie ładunku w skrzyni korbowej jest często (w dużych silnikach) zastępowane podawaniem ładunku pod ciśnieniem przez specjalną pompę ładującą. Praktyczne opanowanie bezpośredniego wtrysku benzyny sprawiło, że pojawiła się nowa generacja silników dwusuwowych, pozbawionych zasadniczych wad tradycyjnego obiegu (niska sprawność, znaczna toksyczność spalin), natomiast wykorzystujących jego potencjalne zalety (dwukrotnie częstsze suwy pracy, mniejsze wymiary zewnętrzne i masa silnika).
Zależnie od sposobu zapłonu mieszanki rozróżnia się silniki o zapłonie iskrowym (tzw. niskoprężne; zapłon następuje od iskry elektrycznej między elektrodami świecy zapłonowej; zapłonowy układ) i silniki o zapłonie samoczynnym (zwane też silnikami wysokoprężnymi lub silnikami Diesla), w których zapłon wtryśniętego paliwa (oleju napędowego) następuje wskutek silnego podwyższenia temperatury powietrza zawartego w cylindrze w wyniku jego sprężenia. Wśród silników spalinowych tłokowych o zapłonie samoczynnym rozróżnia się silniki z wtryskiem bezpośrednim, z komorą wstępną, z komorą wirową, z zasobnikami powietrza. Silniki o zapłonie samoczynnym charakteryzują się dużą sprawnością, małym zużyciem paliwa i nie wymagają elektrycznej instalacji zapłonowej, mają natomiast bardziej skomplikowaną konstrukcję od silników o zapłonie iskrowym. Silniki o zapłonie samoczynnym są stosowane jako silniki kolejowe, okrętowe i przemysłowe oraz w samochodach (w szczególności ciężarowych) i ciągnikach, natomiast silniki z zapłonem iskrowym — głównie w motocyklach i większości samochodów osobowych, a także w małych samolotach. Silniki spalinowe tłokowe klasyfikuje się także ze względu na: a) sposób tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej; silniki z tworzeniem mieszanki zewnętrznej, czyli gaźnikowe lub wtryskowe (wtrysk paliwa do przewodu dolotowego) bądź wewnętrznej (wtrysk bezpośrednio do cylindra); b) rodzaj paliwa; c) liczbę i układ cylindrów (rzędowe, widlaste, przeciwsobne); d) zastosowanie: samochodowe, przemysłowe, lotnicze. Silniki spalinowe tłokowe mogą być zasilane (zasilania układ) paliwem ciekłym lub gazowym (zwykle gazem ziemnym lub mieszaniną propan–butan). Do silników o zapłonie iskrowym jako paliwa powszechnie używa się benzyny, której odporność na nieprawidłowe spalanie (stukowe) opisuje liczba oktanowa: benzyny wyższej jakości mają wyższą liczbę oktanową. Do silników o zapłonie samoczynnym jako paliwa używa się oleju napędowego, o znacznej skłonności do samozapłonu. W obu rodzajach silników paliwo ciekłe można zastąpić gazowym, zmieszanym z powietrzem przed wprowadzeniem do cylindrów, jednak w silnikach o zapłonie samoczynnym kilka procent paliwa dostarcza się wciąż w postaci ciekłego oleju napędowego, wtryskiwanego do cylindrów w celu uzyskania samozapłonu, któremu w „warunkach silnikowych” nie ulega paliwo gazowe. Silniki spalinowe tłokowe mogą być również zasilane innymi rodzajami paliwa, np. mieszankami benzyn z alkoholem lub olejami roślinnymi, jednak systemy spalania takich silników muszą być do tego celu przystosowane. Dotychczas stopień rozpowszechniania na świecie takich paliw alternatywnych jest nieznaczny.
Szczególną odmianę silników spalinowych tłokowych stanowią silniki o tłoku obracającym się, czyli rotacyjne; w tych silnikach tłok wykonuje ruch obrotowy, poruszając się pod wpływem zmiennych nacisków czynnika roboczego. Spośród wielu rozwiązań pierwszym udanym był silnik wykonany 1960 przez F. Wankla (silnik Wankla); ma on mniejszą od silnika klasycznego masę, mniejsze wymiary i prostszą budowę, ale jednocześnie gorszą sprawność (z powodu niekorzystnego kształtu komory) i mniejszą trwałość (szybkie zużycie uszczelek). Silniki Wankla mogą pracować jako silniki o zapłonie iskrowym lub samoczynnym; w większości są chłodzone cieczą; są zdolne do długotrwałej pracy z wysokimi prędkościami obrotowymi. Dla większości producentów silniki Wankla są nadal silnikami eksperymentalnymi, ale z powodzeniem konkurują z konwencjonalnymi silnikami w przypadku zastosowania w małych samochodach sportowych, motocyklach, piłach motorowych, małych łodziach i małych samolotach.
Pierwszym silnikiem spalinowym tłokowym, który znalazł szersze zastosowanie, był dwusuwowy silnik gazowy o działaniu dwustronnym oraz zapłonie iskrowym, opatentowany 1860 przez E. Lenoira; silnikiem działającym już niezawodnie był czterosuwowy silnik gazowy, zbudowany 1876 (ulepszony 1878) przez N.A. Otto i E. Langena. Pierwszy silnik spalinowy tłokowy benzynowy (dwusuwowy) skonstruował 1878–79 K. Benz; silnik spalinowy tłokowy o zapłonie samoczynnym wynalazł i opatentował 1893 R. Diesel. Obecnie do sterowania pracą samochodowych silników spalinowych tłokowych często stosuje się komputer (ECU — Engine Control Unit), który określa m.in. optymalny czas zapłonu i wtrysku paliwa. W silnikach spalinowych tłokowych (zarówno o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym) niekiedy stosuje się doładowanie. Wartości sprawności użytecznej (ogólnej) współczesnych silników spalinowych tłokowych dochodzą do 35% (silniki o zapłonie iskrowym) oraz do 45% (silniki o zapłonie samoczynnym).
Ilustracje
Gaźnik, schemat wyk. Studio BAMA/Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia