Silnik spalinowy

Silnik spalinowy opiera się na sprężaniu i rozprężaniu czynnika termodynamicznego, który wytwarza moment obrotowy lub siłę. Jest on obecnie najbardziej rozpoznawalnym typem silnika, powszechnie używanym w motoryzacji czy jako prądnice w awaryjnych systemach zasilania. W tym artykule pochylimy się nad jego rodzajami i zasadą działania.

Zasada działania silnika spalinowego

Czynnik termodynamiczny to po prostu gaz. Kiedy jest sprężony, mówimy o tym, że jest „zimny”, a gdy jest rozprężany, że jest „gorący”. Do sprężenia gazu zużywa się mniejszą ilość energii mechanicznej niż do jego rozprężenia, z tego też powodu energia uzyskiwana w tym procesie zużywana jest do kolejnych sprężeń gazu i napędu danej maszyny. Gaz, o którym mowa uzyskiwany jest dzięki spalaniu paliwa, stąd nazwa tego rodzaju silnika.

Czynnik zimny stanowi najczęściej powietrze zassane z otoczenia, które jest sprężane, w wyniku czego wzrasta jego temperatura i ciśnienie. W takim stanie jest on ogrzewany do odpowiednio wysokiej temperatury poprzez spalanie paliwa. Gorący gaz rozprężany jest w cylindrze z tłokiem ruchomym, bądź w turbinie. Uzyskana w ten sposób energia mechaniczna jest wystarczająca do pokrycia potrzeb własnych silnika i wprawienia w ruch napędzanego urządzenia. Sprężanie oraz rozprężanie gazu może zajść zarówno w maszynach tłokowych, jak i przepływowych. W przypadku wykorzystania maszyn przepływowych mówimy o silniku turbinowym, który składa się z odrębnych elementów – turbiny, sprężarki i komory spalania. W przypadku maszyny tłokowej proces sprężania, spalania paliwa oraz rozprężania gorącego czynnika ma miejsce w jednej przestrzeni ograniczonej tłokiem.

Silnik spalinowy - typy

Występuje wiele podziałów silników spalinowych w zależności od rozmaitych kryteriów. Jednym z podstawowych jest sposób spalania. W ten sposób wyodrębniamy silnik spalania otwartego – w którym czynnik roboczy może być w stanie gazowym o niezmienionym składzie. Lub jest to silnik gazowy o spalaniu zewnętrznym – czyli z zewnętrznym źródłem ciepła. W przypadku silnika spalania zamkniętego czynnik roboczy może być w stanie gazowym o zmiennym składzie. Może to być także silnik o wewnętrznym źródle ciepła – spalania wewnętrznego. Kolejnym istotnym rozróżnieniem jest podział ze względu na ciśnienie w kolektorze ssącym silnika. Występują silniki wolnossące oraz doładowane, które są jeszcze podzielone na niskodoładowane, średniodoładowane oraz wysokodoładowane. Podział ze względu na czynnik roboczy obejmuje silniki spalinowe, tłokowe, turbinowe oraz odrzutowe.

Kategorie te współgrają ze sobą, tworząc konkretne typy silników. Możemy spotkać bardzo różne ich konfiguracje w zależności od zastosowania. Przykładem jest silnik spalinowy tłokowy o tłoku rotacyjnym, które bywa określany silnikiem Wankla. Jest on rzadko spotykany w motoryzacji i przynależy do silników spalania zamkniętego. Kolejnym przykładem takiej konfiguracji jest silnik turbowałowy. Zaliczamy go do silników turbinowych. Jego moc mechaniczna odbierana jest z wału wirnika turbiny. Stosowane jest przede wszystkim w lotnictwie jako silnik turbośmigłowy i śmigłowcowy oraz w energetyce dla potrzeb siłowni gazowych i układów gazowo-parowych.