Silniki czterosuwowe są powszechnie stosowane w motoryzacji. Jaka jest zasada działania czterosuwu? Jakie są jego wady i zalety?
Jakiś czas temu pisaliśmy o silnikach dwusuwowych wspominając, że są one coraz rzadziej stosowane w motoryzacji. Obecnie pod maskami większości aut, nawet tych starszych, pracują jednostki czterosuwowe – wydajniejsze i nowocześniejsze, ale wykazujące się zdecydowanie bardziej skomplikowaną konstrukcją. Poznajmy bliżej zasadę działania oraz charakterystykę silników czterosuwowych.
Silnik czterosuwowy. Co to jest czterosuw?
Silnik czterosuwowy, znany również jako silnik spalinowy czterotaktowy, to rodzaj silnika o spalaniu wewnętrznym, który stosowany jest powszechnie w pojazdach mechanicznych, samolotach, motocyklach, łodziach i innych środkach transportu. Zasada działania tego typu silnika opiera się na czterech głównych fazach (suwach), które pozwalają na przemianę energii powstałej poprzez spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej na energię mechaniczną potrzebną do napędu pojazdu.
Silnik czterosuwowy jest jednym z najpopularniejszych rodzajów silników spalinowych, stosowanym zarówno w pojazdach osobowych, jak i pojazdach ciężarowych. Jego zasada działania opiera się na cyklu czterech suwów: ssącym, sprężającym, rozprężającym i wydechowym. Każdy suw ma swoje specyficzne zadanie, a ich sekwencyjne działanie pozwala na efektywne przekształcenie energii chemicznej paliwa w ruch obrotowy wału korbowego.
Fazy pracy silnika czterosuwowego
- Faza ssąca (1. suw, tzw. ssanie)
Początek cyklu czterosuwowego zaczyna się od ruchu tłoka w dół cylindra (do tzw. dolnego martwego punktu, czyli DMP). W tym czasie zawór ssący jest otwarty, umożliwiając dostanie się do cylindra (pomiędzy tłok a głowicę) powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej. Ten etap nosi nazwę „skoku ssącego”. W tej fazie ważne jest odpowiednie dostosowanie mieszanki, aby uzyskać optymalny stosunek paliwa do powietrza. - Faza sprężająca (2. suw, tzw. sprężanie)
Po zassaniu mieszanki, zawór ssący zamyka się, blokując dostęp świeżej mieszanki paliwowo-powietrznej. Następnie rozpoczyna się skok sprężający: tłok porusza się w górę cylindra (do górnego martwego punktu, czyli GMP), sprężając pobraną wcześniej mieszankę paliwowo-powietrzną. Wraz z postępowaniem tego procesu dochodzi do wzrostu ciśnienia w cylindrze. Sprężanie następuje do ok. 1/10 początkowej objętości mieszanki. - Faza rozprężająca (3. suw, tzw. praca)
Po osiągnięciu maksymalnego sprężenia (gdy tłok minął już górny martwy punkt), zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna. Iskra elektryczna generowana przez świecę zapłonową inicjuje reakcję chemiczną spalania paliwa, prowadzącą do wzrostu ciśnienia i temperatury w cylindrze. Energia wydzielona podczas spalania mieszanki przekształca się w ruch tłoka w dół cylindra (z powrotem do dolnego martwego punktu). To jest kluczowe stadium, w którym energia chemiczna zamienia się w energię mechaniczną, napędzającą ruch pojazdu.
- Faza wydechowa (4. suw, tzw. wydech)
Po zakończeniu skoku rozprężającego, zawór wydechowy otwiera się, umożliwiając wydostanie się spalonych gazów na zewnątrz silnika. Dzieje się to poprzez ruch tłoka z powrotem w górę cylindra – wypycha on spalone gazy przez otwarty zawór wydechowy. To kończy cykl czterosuwowy, przygotowując silnik do kolejnego obiegu. Cały cykl obejmuje dwa obroty wału korbowego (w odróżnieniu od silnika dwusuwowego, w którym realizowany jest on za każdym obrotem wału korbowego).
Zalety i wady silników czterosuwowych
Silniki czterosuwowe są powszechnie stosowane w motoryzacji i różnych dziedzinach z powodu swojej wydajności i trwałości. Jednakże tak jak każda technologia, posiadają zarówno zalety, jak i wady.
Zalety silników czterosuwowych:
- Wydajność paliwowa. Silniki czterosuwowe są znane ze swojej wysokiej efektywności energetycznej. Dzięki precyzyjnemu zarządzaniu mieszanką paliwowo-powietrzną i zaawansowanym systemom kontroli, osiągają dobre wyniki w zużyciu paliwa, co jest istotne dla użytkowników i dla środowiska.
- Trwałość i niezawodność. Silniki czterosuwowe charakteryzują się solidną konstrukcją i niewielką ilością ruchomych części w porównaniu do niektórych innych typów silników. To sprawia, że są trwałe i wymagają stosunkowo małej konserwacji.
- Łagodna charakterystyka mocy. Dostarczają płynnej i stabilnej mocy, co jest szczególnie istotne w warunkach normalnej jazdy. To sprawia, że są odpowiednie dla przeciętnego kierowcy i szeroko stosowane w samochodach osobowych.
- Wszechstronność zastosowań. Silniki czterosuwowe są używane w różnych pojazdach, od samochodów osobowych po motocykle, łodzie i samoloty. Ich wszechstronność sprawia, że są popularne w wielu dziedzinach transportu.
- Mniejsze emisje spalin. W porównaniu do niektórych starszych typów silników, silniki czterosuwowe generują niższe emisje spalin. To zgodne z normami dotyczącymi ochrony środowiska.
Wady silników czterosuwowych:
- Złożona konstrukcja. Silniki czterosuwowe mają skomplikowaną budowę, co może zwiększać koszty produkcji i napraw. W przypadku awarii wymagają specjalistycznej wiedzy do diagnozy i naprawy.
- Waga. W porównaniu do niektórych innych typów silników, silniki czterosuwowe mogą być stosunkowo ciężkie. To może wpływać na masę pojazdu i efektywność paliwową.
- Ograniczone obroty. Silniki czterosuwowe mają ograniczenia w zakresie maksymalnych obrotów, co może być wadą w przypadku niektórych zastosowań, takich jak sportowe samochody lub motocykle wyścigowe.
- Startowe momenty mocy. W niektórych przypadkach, silniki czterosuwowe mogą wymagać wyższych obrotów, aby osiągnąć maksymalny moment mocy, co może wpływać na dynamikę jazdy w niektórych sytuacjach.
- Kompromis pomiędzy mocą a efektywnością. Dla niektórych użytkowników, szczególnie entuzjastów sportowych samochodów, kompromis między uzyskiwaną mocą a efektywnością paliwową może być trudny do osiągnięcia.
Polecamy również:
