Silnik spalinowy to silnik cieplny, który wytwarza energię cieplną poprzez spalanie paliwa. Następnie przekształca tę energię w pracę mechaniczną lub efekt reakcji.

Termin silnik spalinowy jest zwykle rozumiany jako tłokowy silnik spalinowy, ale jest to niepoprawne, ponieważ silnik spalinowy nie zawsze musi być tylko tłokowym silnikiem spalinowym.

Ten artykuł rzuci światło na silnik spalinowy w szerszym znaczeniu, patrząc na jego zalety, wady, klasyfikację i funkcję.

Jak działa silnik spalinowy?

Silnik spalinowy spala paliwo, które zamienia się w ciepło dzięki reakcji chemicznej. Ciepło to z kolei ogrzewa gaz roboczy, który zwiększa jego ciśnienie lub objętość, umożliwiając silnikowi wykonanie pracy mechanicznej lub reakcji.

Article associé - 

Tłoki silnika: Jak działają?

Praca mechaniczna silnika odbywa się poprzez wywieranie nacisku na ruchomą część silnika (np. tłoki). Jednak w przypadku silnika rakietowego lub odrzutowego praca mechaniczna maszyny nie jest wykorzystywana do ruchu. Zamiast tego wykorzystuje się reaktywne działanie substancji wydobywającej się z silnika, co zapewnia jej ruch w przeciwnym kierunku.

Silnik spalinowy może działać w następujący sposób:

• Z paliwami stałymi, płynnymi lub gazowymi
• Środowiskiem, w którym pracuje, jest często tlen atmosferyczny lub substancja uwalniająca tlen podczas spalania.
• Spalanie może zachodzić wewnątrz (spalanie wewnętrzne) lub na zewnątrz silnika (spalanie zewnętrzne)
• Ruchoma część silnika, dociskana gazem roboczym, może poruszać się w różnych kierunkach.
• Gaz roboczy może być oddzielny, ale może również zawierać spaliny
• Gaz roboczy podlega ciągłej wymianie, ale może też być na stałe zamknięty w silniku

Ponieważ istnieje kilka rodzajów silników spalinowych w różnych konstrukcjach, które pracują według różnych kryteriów, konieczne jest podzielenie ich na kilka niezależnych punktów.

Podział ten jest jednak tylko skrótowy, ponieważ każdy typ silnika spalinowego dzieli się na dalsze podgrupy.

Podział silników spalinowych

W zależności od miejsca spalania:

• Silniki ze spalaniem wewnętrznym (np. iskrowy, diesel, silnik Wankla, turbina spalinowa)
• Silniki ze spalaniem zewnętrznym, w których jednak należy rozróżnić, czy energia dostaje się do przestrzeni roboczej przez zasilanie gazami roboczymi (np. turbina gazowa) lub poprzez wymianę ciepła przez podgrzewacz czynnika roboczego (np. silnik Stirlinga)

Zgodnie z cyklem pracy:

• Silniki o cyklu ciągłym (np. turbina spalinowa)
• Silniki o cyklu przerywanym (silniki dwusuwowe i czterosuwowe)

Zgodnie z zasadą działania:

• Silniki spalinowe tłokowe, a dokładniej silniki tłokowe (większość silników spalinowych tłokowych) oraz silniki tłokowe (silnik Wankla)
• Silniki łopatkowe (turbiny)
• Silniki bierne (silniki rakietowe, lub także silniki odrzutowe)

W zależności od sposobu wywołania spalania:

• Silniki o zapłonie iskrowym – iskra ze świecy zapłonowej powoduje spalanie
• Silniki o zapłonie iskrowym – spalanie jest wyzwalane przez wysoką temperaturę i sprężanie mieszanki roboczej
• Silniki żarówkowe – zewnętrzne źródło ciepła może go podgrzać
• Silniki z zapłonem mieszanym

Kolejny podział silników spalinowych

W zależności od rodzaju spalanego paliwa:

• Gaz (spalanie paliw gazowych, np. CNG, a więc gazu ziemnego) - płyn (spalanie benzyny, oleju napędowego lub innych substancji)
• Stały (mał węglowy)
• Wielopaliwowy (można przełączyć się na spalanie kilku rodzajów paliwo)
• Dwupaliwowe (spalają jednocześnie różne rodzaje paliw)

Najczęściej stosowanym paliwem do silnika spalinowego jest:

• Benzyna
• Olej napędowy
• Sprężony gaz ziemny (CNG)
• Gaz płynny (LPG)
• Alkohole (metanol, etanol)
• Wodór płynny
• Nafta
• i inne...

Powietrze, oprócz paliwa, jest podstawowym składnikiem mieszanki dla większości silników spalinowych, ponieważ zawiera niezbędny do spalania tlen.

W zależności od miejsca przygotowania mieszanki:

• Tworzenie mieszanki odbywa się poza przestrzenią roboczą (gaźnik, SPI, MPI)
• Tworzenie mieszanki odbywa się w przestrzeni roboczej (bezpośredni wtrysk paliwa np. Common-rail )

Zgodnie ze sposobem przygotowania mieszanki:

• Silniki z przygotowaniem mieszanki gaźnikowej
• Silniki z wtryskiem paliwa

Według metody transportu lotniczego:

• Silniki wolnossące - dolot zapewnia podciśnienie spowodowane ruchem tłoka w cylindrze
• Silniki z doładowaniem - cylinder jest napełniany pod większym ciśnieniem niż otaczająca atmosfera

Każdy typ silnika spalinowego ma swoje zalety i wady. Przyjrzyjmy się im.

Zalety silników spalinowych

• Silniki spalinowe tłokowe osiągają wysoką sprawność konwersji energii (szybki rozruch)
• Mogą być przystosowane do spalania różnych paliw, ale także w różnych rozmiarach i do różnych celów

Wady silników spalinowych

• Niekorzystny wpływ na środowisko i zdrowie ludzi oraz innych organizmów
• Do ich rozruchu wymagane jest obce źródło energii - z wyjątkiem silników rakietowych
• Silniki spalinowe tłokowe mają niekorzystne właściwości użytkowe
• Ograniczona żywotność