Zasada działania silnika czterosuwowego

Na cykl pracy silnika czterosuwowego składają się cztery suwy: suw dolotu, suw sprężania, suw pracy i suw wylotu.

Cykl pracy silnika czterosuwowego z zapłonem iskrowym (ZI) i zapłonem samoczynnym (ZS) jest bardzo podobny, istotne różnice dotyczą sposobu tworzenia mieszanki palnej i jej zapłonu.

W silniku ZI mieszanka wytwarzana jest poza cylindrem (z wyjątkiem nowoczesnych silników z wtryskiem bezpośrednim np. GDI, TSI) i dostarczana przez otwarty zawór dolotowy, a następnie zapalana wskutek przeskoku iskry na świecy zapłonowej.

W silnikach ZS do cylindra dostarczane jest tylko powietrze, a paliwo wtryskiwane jest w odpowiednim czasie bezpośrednio do cylindra pod wysokim ciśnieniem powodując jego samozapłon.

W czasie jednego suwu wał korbowy wykona pół obrotu, a więc na pełny cykl pracy silnika czterosuwowego przypadają dwa obroty wału korbowego (720 stopni).

W poszczególnych suwach zachodzą następujące procesy:

1. SUW DOLOTU

W tym suwie tłok przemieszcza się z GMP do DMP i poprzez otwarty zawór dolotowy zasysa świeży ładunek do cylindra (w silnikach ZI mieszankę paliwowo-powietrzną , a w silnikach ZS tylko powietrze). Zawór wylotowy jest w tym czasie zamknięty. Czasami suw dolotu jest nazywany suwem ssania. Jest to spowodowane tym, że tłok przesuwając się z GMP do DMP wytwarza podciśnienie w cylindrze (wartości poniżej p_o na rysunku) i zasysa świeży ładunek do cylindra. Zjawisko zasysania ładunku dotyczy tylko tzw. silników wolnossących (czyli bez sprężarek wtłaczających ładunek do cylindra) i dlatego bardziej poprawne jest określenie suw dolotu.

2. SUW SPRĘŻANIA

W suwie sprężania tłok przesuwa się w kierunku GMP. Ponieważ oba zawory są zamknięte zmniejszająca się przestrzeń nad cylindrem powoduje sprężanie ładunku. Procesowi temu towarzyszy wzrost ciśnienia i temperatury ładunku

3. SUW PRACY

Tuż przed dojściem tłoka do GMP następuje zapłon czynnika roboczego (w silnikach ZI za pomocą iskry elektrycznej, powstającej pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej, a w silnikach ZS wskutek samozapłonu paliwa wtryśniętego do sprężonego pod dużym ciśnieniem powietrza znajdującego się w cylindrze). Zapłon powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia i temperatury. Powstające gazy spalinowe rozprężają się i naciskają na denko tłoka przesuwając go z GMP do DMP. W czasie suwu pracy objętość cylindra zwiększa się, a ciśnienie spalin maleje. Zawory dolotowy i wylotowy są nadal zamknięte.

4. SUW WYLOTU

W suwie wylotu tłok przemieszcza się z DMP do GMP, a spaliny przez otwarty zawór wylotowy są wypychane na zewnątrz cylindra. W tym czasie zawór dolotowy jest zamknięty. Gdy tłok osiągnie GMP otwiera się zawór dolotowy i cykl pracy silnika powtarza się.

Przedstawione na rysunkach wykresy przedstawiają zmiany ciśnienia cylindra p w zależności od chwilowej objętości cylindra V. Są to tzw. wykresy indykatorowe , o których więcej dowiecie się w rozdziale dotyczącym pracy użytecznej silnika. Wszystkie symbole powinny być Wam doskonale znane, ale aby nie było wątpliwości przypominam:

• GMP – górne martwe położenie
• DMP – dolne martwe położenie
• S – skok tłoka
• V_k – objętość komory sprężania
• V_s – objętość skokowa cylindra
• p_o – ciśnienie otoczenia

A tak wygląda animacja pracy silnika czterosuwowego:

Oczywiście jest to „model” znacznie uproszczony. Na bardziej zawansowanych animacjach wygląda to tak: