Projekt Silnik spalinowy 2-suwowy i 4-suwowy Rok szkolny 2010/2011

BUDOWA SILNIKA CZTERO SUWOWEGO

1. WPROWADZENIE Silnik czterosuwowy, nazywany również tak czterosuwem albo czterotaktem, to tłokowy silnik spalinowy, gdzie pełny cykl pracy zachodzi podczas czterech występujących po sobie suwów tłoka: suwu ssania (tłok przesuwa się w kierunku położenia - DMP, a przez otwarty zawór ssania zasysana jest mieszanina), suwu sprężania (przy zamkniętych zaworach tłok rozpoczyna ruch w kierunku górnego martwego położenia - GMP, sprężając wypełniającą cylinder mieszaninę), suwu pracy (gdy tłok znajdzie się niedaleko GMP, nastąpi zapłon mieszaniny, a w rezultacie wzrost ciśnienia nad tłokiem, który, naciskany przez gazy, przemieszcza się w kierunku DMP - rozprężające się spaliny wykonują pracę) i suwu wydechu (przy otwartym zaworze wydechu tłok, przesuwa się w kierunku GMP, wypycha spaliny z cylindra). Dzieje silnika zapoczątkował Christian Huygens, w momencie utworzenia maszyny która mogła pompować wodę do ogródków królewskich. Podstawowe części czterosuwu to: korpus zamknięty od dołu miską olejową, cylindry, gdzie pracują tłoki, wał korbowy oraz korbowody, głowica uzbrojona w zawory (ssące oraz wydechowe), wałek rozrządu i dwa kolektory (ssącego oraz wydechowego).

2. WSTĘP 99 procent wszelkich silników na całym świecie działa według zasady czterotaktu - zarówno benzynowych, oraz wysokoprężnych. Tak na prawdę to jego nazwa nie jest do końca poprawna, ponieważ taktów jest pięć... A może to my nie potrafimy i nie wiemy, jak je policzyć?

3. DEFINICJE Silnik - jest to urządzenie, które przetwarza ciepło, energię elektryczną albo mechaniczną na pracę o formie dogodnej do napędzania maszyn oraz przyrządów przemysłowych (np. prądnic elektrycznych, obrabiarek, pomp, dźwignic), rolniczych (np. kombajnów, młynów) albo komunikacyjnych (np. samochodów, samolotów, statków). Silnik spalinowy - jest to silnik o spalaniu wewnętrznym, czyli takim w środku którego spala się paliwo, które dostarcza energię cieplną. Energia cieplna jest w silniku zamieniona na mechaniczną. Silnik spalinowy tłokowy - czyli silnik cieplny o spalaniu wewn., gdzie w ruch tłoka jest spowodowany ciśnieniem spalin, które powstają przez spalanie mieszaniny palnej (paliwowo-powietrznej) w środku cylindra silnika Silnik czterosuwowy - tłokowy silnik spalinowy, nazywany także mianem czterotaktu i czterosuwu. cały cykl pracy zachodzi podczas czterech będących po sobie suwów tłoka. Dolny martwy punkt (DMP) - nazywany jest także zwrotem wewnętrznym tłoka. Jest to najdalsze ułożenie "dolne" tłoka w jego przesuwie w cylindrze w kierunku wału korbowego. Odstęp między tłokiem a głowicą silnika jest tu największy. Górny martwy punkt (GMP) - Punkt, gdzie tłok uzyska najwyższe ułożenie w cylindrze. Z czasem stosowana jest nazwa zewnętrznego zwrotnego punktu, ponieważ w pewnych nowych silnikach tłok nie przemieszcza się do góry.  

4. DZIEJE TWORZENIA SILNIKA CZTEROSUWOWEGO Dzieje silnika czterosuwowego mają swój początek w 1673 roku, wtedy to nadworny uczony króla Ludwika szesnastego Christian Huygens inteligentny fizyk oraz matematyk, który pochodził z Holandii zbudował urządzenie, które miało pompować wodę do ogródków królewskich. Zapalał on proch strzelniczy w cylindrze, natomiast gazy, które powstawały na skutek eksplozji przemieszczały do góry tłok ulokowany w cylindrze. System zadziałał jedynie raz, ponieważ później już nie było w cylindrze prochu. Ale ten pierwszy ruch tłoka, który wedle wszystkich zasad budowy silnika zwać trzeba suwem pracy, stanowił najistotniejszy krok w kierunku utworzenia maszyny spalinowej. Była to podstawa do silnika spalania wewnętrznego.W XIX wieku kilka wynalazców próbowało utworzyć nowy silnik silnika. W 1862 roku udało się zdefiniować pracę takiej maszyny Alphonsowi Beau de Rochasowi. W 9 lat później Reitchmann utworzył prototyp silnika, który opierał się na koncepcji Rochasa. W roku 1876 niemiecki konstruktor oraz przemysłowiec Nicolaus August Otto razem ze swoim rodakiem inżynierem, wynalazcą oraz przemysłowcem Eugenem Langenem zbudowali gazowy silnik czterosuwowy. Rok później Otto opatentował go, ale po dowiedzeniu się o prototypie Reitchmanna w 1887 Niemcowi odebrano patent na silnik czterosuwowy.

5. DZIAŁANIE SILNIKA Zasada czterech suwów funkcjonalnych silnika jest aktualnie na całym świecie uważana za najbardziej użyteczną. Ssanie-sprężanie-zapłon-praca-wydech. Tak, ale czy to nie jest pięć taktów? Zgadza się, ale silnik zwany jest czterosuwowym, gdyż w jego działaniu ważne są suwy, zatem te elementy działania, gdzie następuje przesuwanie tłoka. A zapłon to tylko ułamek sekundy, gdzie zostaje zapalona mieszanina paliwowo-powietrzna, która znajduje się w komorze spalania.

5.1. SSANIE Zawór ssący jest otwarty, tłok przesuwa się w kierunku dolnego martwego punktu (DMP), produkującego w środku cylindra podciśnienie. Dzięki temu z kanału dolotowego, który znajduje się za zamykającym go zaworem ssącym, wciągnięta zostaje z gaźnika (albo układu wtryskowego oraz kanałów powietrznych) mieszanina paliwowo-powietrzna. Ląduje on do środka cylindra, miedzy denko tłoka a głowicę cylindra. Kiedy tylko tłok przekroczy DMP, zawór ssący zostaje zamknięty.

5.2. SPRĘŻANIE Tłok przemieszcza się w górę cylindra, ściska (zatem sprężając) mieszaninę paliwowo-powietrzną. Sprężanie dochodzi pod dużym ciśnieniem, do (na ogół) mniej więcej jednej dziesiątej początkowej

BUDOWA SILNIKA 2 SUWOWEGO

ZASADA SILNIKA 2 SUWOWEGO Zaletą silników dwusuwowych jest ich prosta budowa, ogromna równomierność biegu oraz teoretycznie dwukrotnie większa moc w porównaniu z silnikami czterosuwowymi o takich samych wymiarach cylindra, prędkości obrotowej czy ciśnieniu w cylindrze.  Praktycznie na ogół zysk na mocy jest rzędu tylko 50-70% , wynika to ze zmniejszenia objętości skokowej cylindra przez szczeliny a także z powodu niemożności całkowitego przepłukania cylindra oraz usunięcia z niego spalin.  Sprawność silników dwusuwowych jest dużo mniejsza niż czterosuwowych, ponieważ ogromna część nie spalonej mieszaniny uchodzi przez szczelinę wylotową w trakcie przepłukiwania cylindra. W dużych silnikach dwusuwowych w miejsce sprężania w komorze korbowej używa się oddzielną dmuchawę tłokową albo wirową napędzaną przez wał korbowy silnika. Wykres indykatorowy posiada tylko i wyłącznie pracę wewnętrzną, nie bierze on pod uwagę pracy sprężarki oraz dmuchawy ładującej (lub pracy straconej na początku sprężania w komorze korbowej). Naturalnie wykresy obu pól trzeba zrobić z zachowaniem takich samych podziałek.