Budowa silnika tłokowego spalinowego - podstawowe informacje
W skład konwencjonalnego, tłokowego silnika spalinowego wchodzą następujące zespoły:
kadłub i głowica
mechanizm korbowy,
mechanizm rozrządu,
układ smarowania,
układ chłodzenia,
układ zasilania,
układ zapłonowy
Kadłub i głowica
Kadłub wraz z głowicą stanowią obudowę mechanizmów korbowego i rozrządu, a ponadto służą do zamocowania zewnętrznego osprzętu silnika. W skład tego układu wchodzą również: kanały dolotowe, tuleje cylindrowe oraz przewody dolotowe i wydechowe.
Kadłuby silników z reguły są wykonane jako odlewy żeliwne lub ze stopów aluminium, odpowiednio ukształtowane, wiążące w całość wszystkie cylindry silnika i punkty podparcia wału korbowego i wałka rozrządu. Odpowiednie ukształtowanie kadłuba stwarza ponadto warunki prawidłowego chłodzenia cylindrów oraz sprzyja doprowadzaniu oleju do wszystkich łożysk wymagających smarowania.
Mechanizm korbowy
Zadaniem tego mechanizmu jest zamiana postępowego ruchu tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Tłok jest sprzężony z wałem korbowym za pomocą korbowodu, który w czasie pracy silnika wykonuje ruch złożony. Ruch tłoka nadaje korbowodowi ruch postępowy, natomiast obracanie się korby wału korbowego wprawia korbowód w ruch wahadłowy wokół sworznia tłokowego, łączącego korbowód z tłokiem.
W skład mechanizmu korbowego wchodzą: tłok, korbowód, wał korbowy, koło zamachowe.
Mechanizm rozrządu
Zadaniem mechanizmu rozrządu jest sterowanie napływem do cylindrów silnika świeżej mieszanki oraz sterowanie, usuwaniem z nich spalin. Mechanizm rozrządu stosuje się we wszystkich silnikach czterosuwowych. W silnikach dwusuwowych okna dolotowe i wylotowe przysłania i odsłania tłok, jest to tzw. rozrząd tłokowy. Jednakże w dużych silnikach dwusuwowych można także niekiedy spotkać mechanizm rozrządu.
We współczesnych czterosuwowych silnikach spalinowych stosuje się wyłącznie rozrząd górnozaworowy. W skład takiego mechanizm rozrządu wchodzą następujące zasadnicze części: zawory, wałek rozrządu, popychacze, dźwigienki zaworowe oraz elementy napędu wałka rozrządu pasek rozrządu, lub łańcuch rozrządu.
Zawory umieszczone są w głowicy silnika. Stąd nazwa rozrząd górnozaworowy, w odróżnieniu od nie stosowanego już obecnie układu dolnozaworowego, w którym zawory były osadzone w kadłubie silnika.
Ruch zaworów jest wymuszany przez krzywki wałka rozrządu. Krzywki te obracają się powodują postępowo-zwrotny ruch ślizgających się po nich popychaczy. Popychacze wprawiają w ruch pozostałe elementy mechanizmu rozrządu powodując w efekcie wznios zaworów.
Układ smarowania
We wszystkich połączeniach ruchowych części silnika niezbędna jest obecność oleju, zmniejszającego tarcie towarzyszące ruchowi względnemu współpracujących elementów. Najmniejsze tarcie, zwane tarciem płynnym, występuje wówczas, gdy cienka warstewka oleju całkowicie oddziela od siebie powierzchnie współpracujących części.
W skład układu smarowania wchodzą: pompa oleju, filtr oleju, obieg oleju.
Zadaniem układu olejenia w silniku jest doprowadzenie oleju do wszystkich punktów wymagających smarowania oraz zapewnienie takiego ciśnienia tego oleju, które jest niezbędne do wytworzenia warstewki oddzielającej współpracujące części. Smarowania wymagają: łożyska główne i korbowodowe wału korbowego, łożyska wałka rozrządu, zestawy tłok-tuleja cylindrowa, elementy mechanizmu rozrządu i niekiedy elementy pomocniczych urządzeń silnika.
Olej spełnia również dodatkowe zadanie czynnika odprowadzającego ciepło od miejsc, z którymi się styka. Ilość ciepła odbieranego przez olej wynosi do kilku procent całego ciepła odprowadzanego od silnika. Stanowi to istotne odciążenie układu chłodzenia.
W silnikach używanych do napędu pojazdów samochodowych w zasadzie stosuje się dwa systemy olejenia: w silnikach czterosuwowych - system ciśnieniowy oraz w silnikach dwusuwowych - system mieszankowy.
W systemie ciśnieniowym olej jest czerpany ze zbiornika, pompowany pod ciśnieniem do wszystkich punktów smarowania, po czym spływa z powrotem do zbiornika. W ten sposób w silniku krąży stała ilość oleju. Jednocześnie olej, który wypływa spomiędzy wirujących elementów mechanizmu korbowego (np. łożysk korbowodowych) jest rozrzucany na wewnętrzne powierzchnie części silnika. Tak na przykład, są smarowane gładzie cylindrów.
W systemie mieszankowym olej jest rozpuszczany w odpowiedniej proporcji w benzynie. Stosunek ilości benzyny do ilości oleju zawiera się zwykle w granicach 30:1 do 50:1. Tak przygotowana mieszanina benzyny z olejem przepływa w silniku dwusuwowym najpierw przez komorę korbową, smarując łożyska główne i korbowodowe, a następnie do cylindra - smarując gładź cylindrową. W takim systemie olej jest spalany razem z benzyną, musi więc być w sposób ciągły dostarczany do silnika z paliwem. W praktyce olej jest dolewany w odpowiedniej ilości wprost do zbiornika paliwa.
.
Układ chłodzenia
Zadaniem układu chłodzenia jest zapewnienie silnikowi właściwej temperatury pracy oraz utrzymywanie jej na stałym poziomie niezależnie od obciążenia silnika.
W skład układ chłodzenia wchodzą: pompa wody,termostat, nagrzewnica, chłodnica i wiatrak.
Są dwa zasadnicze systemy chłodzenia silników - system chłodzenia bezpośredniego i pośredniego. W obu przypadkach czynnikiem, do którego odprowadza się nadmiar ciepła, jest otaczające silnik powietrze. W systemie chłodzenia bezpośredniego powietrze styka się bezpośrednio z cylindrami i głowicą silnika, odbierając od nich ciepło (chłodzenie powietrzem). Natomiast w systemie chłodzenia pośredniego, czynnikem pośredniczącym w wymianie ciepła między silnikiem a powietrzem jest ciecz zawarta w układzie chłodzenia silnika.
Tak naprawdę określenie "chłodzenie wodą" jest prawdziwe tylko w połowie, bo druga połowa medium chłodzącego silnika składa się z zupełnie innych elementów niż woda. Są one tu konieczne, by możliwe było - w największym uproszczeniu - zneutralizowanie niepożądanych cech wody.
Punkt wrzenia, czyli temperaturę, w której woda w układzie chłodzenia się gotuje, można tu podnieść za pomocą zwiększenia ciśnienia w zamkniętym systemie, ale naprawdę decydujące znaczenie ma tu domieszka glikolu etylowego.
Układ zasilania
Zadaniem układu zasilania silnika jest dostarczenie do cylindrów silnika mieszanki paliwa z powietrzem o składzie najbardziej odpowiednim w danych warunkach pracy silnika.
W skład układu wchodzą: pompa paliwa, regulator ciśnienia, pompa wtryskowa,wtryskiwacz, gaźnik, przepływomierz powietrza, przepustnica, filtr powietrza, filtr paliwa, zbiornik.
W silnikach o zapłonie iskrowym stosuje się układy zasilania gaźnikowe i wtryskowe.
Układ zasilania silnika o zapłonie samoczynnym zapewnia wtrysk paliwo wprost do cylindra. Dawka zawierająca żądaną ilość odpowiednio rozpylonego paliwa, musi być wtryśnięta w odpowiedniej chwili i z odpowiednim ciśnieniem, aby nastąpił zapłon.
Układ zapłonowy
Układ zapłonowy jest stosowany tylko w silnikach o zapłonie iskrowym - bowiem jak wiadomo do spalenia się mieszanki paliwowo-powietrznej potrzebne jest wytworzenie iskry elektrycznej. Poszczególne części tego układu mają się przyczynić się do wytworzenia tego impulsu elektrycznego tj. iskry elektrycznej na świecy zapłonowej znajdującej się w komorze spalania silnika.
W skład układu zapłonowego wchodzą: świeca zapłonowa, przewody wysokiego napięcia, aparat zapłonowy, cewka zapłonowa.