Silnik czterosuwowy – czym są i jak działają czterosuwy?
Silnik czterosuwowy ma długą i ciekawą historię. Ze względu na uniwersalny charakter spotykany jest nie tylko w samochodach, ale i np. w motocyklach czy nawet w statkach. Jak jest zbudowany i na czym polega zasada jego działania?
Czym jest silnik czterosuwowy?
Kluczem do zrozumienia czym jest i w jaki sposób działa silnik czterosuwowy jest objaśnienie definicji tzw. cyklu Otta. Pojęcie pochodzi od nazwiska jednego z pomysłodawców tej jednostki napędowej. Był nim niemiecki inżynier Nicolaus Otto. Koncepcja narodziła się w 1876 roku, choć na podobny pomysł wpadli Eugenio Barsanti i Felice Matteucci już dwadzieścia dwa lata wcześniej.
Zasada działania silnika czterosuwowego
Według powyższej koncepcji, tłok silnika wykonuje cztery ruchy. Przebieg procesu opisano poniżej.
Cykl pracy silnika czterosuwowego
Suw ssania – ssanie silnika czterosuwowego
Na tym etapie tłok przemieszcza się (przesuwa) z górnego położenia (GMP) w dolne (DMP). Zjawisku towarzyszy podciśnienie, do którego wytworzenia dochodzi w środku cylindra. Mieszanka paliwowo-powietrzna, która znajduje się w układzie dolotowym, trafia pomiędzy tłok i głowicę cylindra. Jednocześnie, przez cały czas specjalny zawór ssący (dolotowy) pozostaje otwarty. Zamknięcie następuje dopiero wtedy, kiedy tłok znajdzie się w tzw. dolnym martwym położeniu (DMP).
Suw sprężania – sprężanie silnika czterosuwowego
Mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana, a tłok przesuwa się do góry. Zawory wydechowy (wylotowy) i ssący pozostają zamknięte. Dochodzi do sprężania ładunku (gazów w cylindrze) będącego efektem zmniejszania się objętości mieszanki wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia. Z zapłonem mamy do czynienia, kiedy tłok osiągnie GMP.
Suw rozprężania (pracy)
W jednostkach z wtryskiem bezpośrednim oraz wysokoprężnych następuje zapłon samoczynny. Podobnie jak w poprzednim procesie oba zawory pozostają zamknięte. Dochodzi także do wzrostu temperatury i ciśnienia. Na tłok działa duża siła, czego efektem jest jego odepchnięcie. W efekcie denko tłoka zostaje przesunięte z GMP na DMP. Podczas tego etapu ciśnienie spalin maleje, a objętość cylindra ulega zwiększeniu. Jednocześnie musi zostać wytworzona taka ilość energii, aby doszło do poprawnego przeprowadzenia pozostałych suwów.
Suw wydechu – wydech silnika
Podczas tego cyklu zauważymy przemieszczenie się tłoka z DMP do GMP. Zawór ssący pozostaje zamknięty, a wydechowy otwarty. To właśnie przez ten drugi spaliny wydostają się na zewnątrz cylindra. Po osiągnięciu GMP następuje otwarcie zaworu ssącego.
Czym się różni silnik czterosuwowy od dwusuwego?
Podstawowa różnica to oczywiście liczba suwów. Jednocześnie silniki czterosuwowe są bardziej zaawansowane, jeśli chodzi o ich budowę. Występują dwa dodatkowe zawory: wydechowy i ssący. Zauważymy także oddzielny układ olejowy, którego nie spotkamy w jednostkach dwusuwowych (podobnie jak zaworów i pompy paliwa). W silnikach dwusuwowych na próżno też szukać typowego układu rozrządu. Tę funkcję pełni tłok i jest to tzw. rozrząd tłokowy. Odsłania on i zamyka poszczególne kanały na obwodzie cylindra. Jeśli chodzi o proces smarowania, to dochodzi do niego z wykorzystaniem mieszanki paliwa z olejem. Trafia ona do skrzyni korbowej poprzez kanał dolotowy. Mieszanka paliwowo-powietrzna jest zasysana z gaźnika wprost do cylindra w trakcie skoku sprężania. Również w trakcie tego skoku dochodzi do wydechu spalin.
Co jest lepsze dwusuw czy czterosuw?
Silnik czterosuwowy jest bardziej zaawansowaną konstrukcją. Ma również kilka dodatkowych zalet w stosunku do jednostki dwusuwowej:
- jest bardziej ekologiczny, ze względu na niższą emisję spalin
- trwalszy, poprzez lepsze smarowanie poszczególnych elementów
- bardziej ekonomiczny (niższe zużycie paliwa)
- charakteryzuje się wyższą kulturą pracy i nie jest tak głośny, jak dwusuwowy
- nie wymaga dolewania oleju do mieszanki paliwowej
Po czym poznać silnik czterosuwowy?
Wystarczy dobrze zapoznać się z charakterystyką pracy takiego silnika. Kluczowy jest cykl, składający się z czterech suwów tłoka. Nie bez znaczenia jest także budowa takich jednostek:
- skrzynia korbowa posiada osobny układ olejowy
- w silnikach dwusuwowych nie znajdziemy pompy paliwa (ruch tłoka powoduje zasysanie mieszanki)
- posiada zawory (poza odmianą z rozrządem tulejowym) i układ rozrządu
- jest większych rozmiarów niż silniki dwusuwowe