Silnik spalinowy jest jednym z najważniejszych źródeł napędu samochodów. Poprzez spalanie paliwa generowana jest tutaj moc, która jest dostępna do napędzania pojazdu. W tym przewodniku uzyskasz kompleksowy wgląd w technologię silnika spalinowego.

Czytaj więcej: Błędy podczas naprawy pojazdu: Oto 7 najczęstszych pomyłek

Pojemność skokowa silnika spalinowego

Pojemność skokowa wskazuje na wielkość objętości, która wynika z poszczególnych cylindrów silnika spalinowego. Objętość ta jest obliczana na podstawie skoku roboczego tłoka i pola przekroju poprzecznego tłoka. W przypadku silników spalinowych pojemność skokowa odnosi się do objętości wypartej przez skok wszystkich tłoków razem. Na przykład silnik o pojemności dwóch litrów lub 2000 cm3 może mieć cztery cylindry o pojemności 500 cm3 każdy. W przypadkusilników samochodowych pojemność skokowa jest ważną wartością charakterystyczną. W tym przypadku pojemność skokowa wskazuje ilość mieszanki zapłonowej, którą można wykorzystać do uzyskania mocy przy każdym suwie tłoka.

Zależność między pojemnością skokową a mocą wyjściową

Pojemność skokowa silnika wpływa na jego ogólną wydajność. Często większej pojemności skokowej silnika towarzyszy wyższa moc wyjściowa. Samochód z większym silnikiem często oferuje większą moc silnika niż ten sam model z mniejszym silnikiem o tej samej konstrukcji. Jednak większa pojemność skokowa w litrach lub centymetrach sześciennych niekoniecznie oznacza większą moc we wszystkich przypadkach. Wydajność, mierzona w kilowatach lub koniach mechanicznych, zależy również od technologii silnika i wielu innych czynników. Jeśli pojemność skokowa silnika jest niepotrzebnie duża, zużycie paliwa i emisja zanieczyszczeń mogą wzrosnąć. Z drugiej strony, jeśli pojemność skokowa silnika jest zbyt mała, konieczne może być zwiększenie prędkości obrotowej silnika w celu uzyskania wymaganej mocy.

Moc i moment obrotowy przy różnych prędkościach obrotowych silnika

Moc silnika spalinowego zależy od momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Moment obrotowy oznacza siłę działającą na punkt obrotu osi za pośrednictwem dźwigni. Wartość momentu obrotowego podawana jest w niutonometrach. W samochodowym silniku spalinowym wysoki moment obrotowy powinien być dostępny w jak najszerszym zakresie prędkości. Jednak zależność między mocą, prędkością i momentem obrotowym może się różnić w zależności od silnika i jego konstrukcji.

Zależność między prędkością a momentem obrotowym

To, kiedy silnik osiąga maksymalny moment obrotowy, zależy od konstrukcji i typu silnika. W silnikach spalinowych maksymalny moment obrotowy jest często osiągany przy niższej prędkości niż maksymalna możliwa moc.Nowoczesne silniki wysokoprężne z turbosprężarkami osiągają maksymalny moment obrotowy już przy niskich prędkościach obrotowych silnika. Z drugiej strony, silniki benzynowe, w szczególności bez turbodoładowania, potrzebują określonej prędkości obrotowej silnika, aby osiągnąć wysoki moment obrotowy. W tym przypadku maksymalny moment obrotowy jest często dostępny tylko w górnym zakresie prędkości obrotowych. Redukcja biegów jest wtedy konieczna, aby mocno przyspieszyć samochód.

Stosunek mocy do masy i przyspieszenie

Stosunek mocy do masy opisuje zależność między masą pojazdu a mocą silnika. Liczba ta może wskazywać na zdolność pojazdu do przyspieszania. Sama moc znamionowa silnika nie mówi nic o liniach jazdy, które można osiągnąć za pomocą samochodu. Na przykład samochód może być wyposażony w mocny silnik, ale mieć dużą masę pojazdu. W takim przypadku może mieć słaby stosunek mocy do masy. Z drugiej strony, szczególnie lekki pojazd, taki jak samochód sportowy, osiąga lepszy stosunek mocy do masy przy tej samej wysokiej mocy silnika. Obecnie producenci samochodów dążą do uzyskania niskiego stosunku mocy do masy przy zrównoważonej relacji między masą pojazdu a mocą silnika.

Przyspieszenie jako funkcja mocy

Czas przyspieszania samochodów od 0 do 100 km/h jest zazwyczaj podawany jako wartość w sekundach. Na przykład, samochody sportowe przyspieszają z miejsca do prędkości 100 kilometrów na godzinę w cztery sekundy, podczas gdy zwykły samochód osobowy może potrzebować dziesięciu lub więcej sekund, aby osiągnąć 100 kilometrów na godzinę. Często samochody o większej mocy silnika przyspieszają szybciej niż pojazdy o mniejszej mocy. Podczas przyspieszania z miejsca, moment obrotowy silnika jest ważniejszy niż czysta moc silnika. Moc z kolei jest decydująca dla osiągnięcia wysokiej prędkości maksymalnej. Ponadto, zachowanie pojazdu podczas przyspieszania zależy od innych czynników, takich jak zainstalowana skrzynia biegów.

Różne konstrukcje silników w produkcji samochodów

W samochodach stosowane są różne rodzaje silników. Najpopularniejsze typy to silniki rzędowe, silniki w układzie V i silniki typu bokser. Różne silniki samochodowe mogą różnić się pod względem stosunku mocy do masy, z przewagą konstrukcji, które mają niską masę i wymagają niewielkiej ilości materiału. Pod tym względem często stosowany silnik rzędowy może zdobyć punkty. Ten typ silnika spalinowego charakteryzuje się zwartą konstrukcją i niską masą silnika. W przypadku silnika V, ze względu na charakterystykę konstrukcji, wymagane jest więcej materiału. Jednak ten typ może mieć również dobry stosunek mocy do masy przy krótkiej konstrukcji. W silnikach typu bokser stosunek mocy do masy zależy w dużej mierze od konkretnej konstrukcji i użytych materiałów.

Stosunek średnicy cylindra do skoku

Stosunek średnicy cylindra do jego skoku wpływa na charakterystykę silnika. Wpływa to zarówno na charakterystykę prędkości, jak i ogólną wydajność silnika. Silniki spalinowe dzielą się na silniki o krótkim, kwadratowym i długim skoku. W tak zwanych silnikach o krótkim skoku, skok tłoka jest mniejszy niż otwór cylindra. Te silniki o krótkim skoku są dobrze przystosowane do wysokich prędkości obrotowych i osiągają wysoką wydajność silnika przy jednoczesnej wysokiej przepustowości gazu. W silnikach o długim skoku skok jest większy niż otwór cylindra. Tak zwane silniki o długim skoku rozwijają wysoki moment obrotowy nawet przy niskich prędkościach obrotowych. Jeśli skok i średnica cylindra są tej samej wielkości, silnik nazywany jest quadrathuber ze względu na jego kwadratową konstrukcję.

Stopień sprężania silnika

Kolejną cechą charakterystyczną silników spalinowych jest stopień sprężania. Wskazuje on stopień, w jakim ładunek jest sprężany w cylindrach. Wydajność i moc wyjściowa rosną wraz ze wzrostem stopnia sprężania, szczególnie w silnikach benzynowych. Często lepsze spalanie z niższą emisją zanieczyszczeń można osiągnąć dzięki wyższemu stopniowi sprężania. Nie jest jednak możliwe zwiększanie stopnia sprężania w silnikach benzynowych w nieskończoność. Jeśli stopień sprężania jest zbyt wysoki, mieszanka w cylindrach może ulec niezamierzonemu zapłonowi, powodując tzw. spalanie stukowe. Obecnie jednak nowoczesne silniki z bezpośrednim wtryskiem i zintegrowanymi czujnikami spalania stukowego pozwalają na stosunkowo wysokie stopnie sprężania.

OsiÄ…gi silnika i zmienne fazy rozrzÄ…du

Systemy zmiennych faz rozrządu umożliwiają optymalne wypełnienie komór spalania mieszanką paliwowo-powietrzną. W tym przypadku zmienne sterowanie zaworami umożliwia zmianę skoku zaworu lub czasu otwarcia nawet podczas pracy silnika. Zmienne sterowanie zaworami umożliwia optymalizację momentu obrotowego nawet przy niskich prędkościach obrotowych silnika przy zachowaniu wysokiej wydajności. Przy wysokich prędkościach obrotowych silnika, moc wyjściowa może również ulec poprawie. Zachowanie wydechowe silników spalinowych również ulega poprawie, gdy stosowane jest zmienne sterowanie zaworami. Wiele silników ze zmiennymi fazami rozrządu nie wymaga przepustnicy podczas normalnej pracy.