Konfiguracja silnika - Engine configuration
Konfiguracja silnika opisuje podstawowe zasady działania, w którym silniki spalinowe są podzielone.
Silniki tłokowe są często klasyfikowane według układu cylindrów, zaworów i wałków rozrządu. Silniki Wankla są często klasyfikowane według liczby obecnych wirników. Silniki z turbiną gazową są często podzielone na turboodrzutowe, turbowentylatorowe, turbośmigłowe i turbowałowe.
Rodzaje układów cylindrów
Silniki jednocylindrowe
Silniki proste/rzędowe
Silniki proste, znane również jako silniki rzędowe, mają wszystkie cylindry ustawione w jednym rzędzie wzdłuż wału korbowego bez przesunięcia. Kiedy prosty silnik jest montowany pod kątem, jest czasami nazywany „silnikiem pochyłym”. Rodzaje silników prostych obejmują:
V silniki
Silniki V, znane również jako silniki Vee, mają cylindry ustawione w dwóch oddzielnych płaszczyznach lub „bankach”, tak że wydają się być w kształcie litery „V”, patrząc wzdłuż osi wału korbowego. Rodzaje silników V obejmują:
Silniki płaskie
Silniki płaskie, znane również jako silniki „poziome” lub „bokser”, mają cylindry rozmieszczone w dwóch rzędach po obu stronach pojedynczego wału korbowego. Rodzaje silników płaskich obejmują:
- mieszkanie-dwa , powszechnie nazywane „płaskim bliźniakiem”
- mieszkanie cztery
- mieszkanie-sześć
- mieszkanie osiem
- mieszkanie dwanaście
Silniki z tłokami przeciwstawnymi
Silnik z tłokami przeciwstawnymi jest podobny do silnika typu Flat/boxer, w którym pary tłoków są współosiowe, ale zamiast wspólnego wału korbowego mają wspólną komorę spalania na parę tłoków. Konfiguracja wału korbowego różni się w zależności od konstrukcji silników przeciwstawnych. Jeden układ ma w środku płaski silnik typu bokser i dodaje dodatkowy przeciwny tłok na każdym końcu, dzięki czemu po każdej stronie znajdują się dwa tłoki na cylinder.
Silniki W
Silniki W mają cylindry w konfiguracji, w której banki cylindrów przypominają literę W, w taki sam sposób, w jaki silniki V przypominają literę V. Typy silników W obejmują:
X silników
Silnik X to zasadniczo dwa silniki V połączone wspólnym wałem korbowym. Większość z nich stanowiły istniejące silniki V-12, przekształcone w konfigurację X-24.
Silniki U
Silniki U składają się z dwóch oddzielnych silników prostych (w komplecie z oddzielnymi wałami korbowymi) połączonych zębatkami lub łańcuchami. Większość silników U ma silniki czterocylindrowe (tj. połączone dwa silniki rzędowe), takie jak czterocylindrowe silniki i podwójne silniki tandemowe
Silniki H
Podobnie jak silniki U, silniki H składają się z dwóch oddzielnych płaskich silników połączonych zębatkami lub łańcuchami. Silniki H zostały wyprodukowane od 4 do 24 cylindrów.
Silnik poziomy typu K
Pozioma konfiguracja silnika K-Type zaproponowana i przeanalizowana przez Rushiraja Kadge . Ten silnik ma następujące zalety:
Lepiej wyważony. Oznacza to, że z konfiguracji poziomej K można uzyskać więcej mocy. Proponowana konfiguracja ma najmniejsze straty tarcia. Wysokość środka ciężkości proponowanej konfiguracji jest mniejsza, co oznacza większą stabilność Masa proponowanej konfiguracji jest mniejsza przy tej samej liczbie mas posuwisto-zwrotnych i wirujących. Wynika to ze zmniejszonej długości wału korbowego. Jeżeli założymy, że moc jest stała, to stosunek mocy do masy proponowanej konfiguracji jest większy.
Silniki promieniowe
Silnik promieniowy ma pojedynczy wał korbowy z cylindrami ułożonymi w płaski kształt gwiazdy wokół tego samego punktu na wale korbowym. Ta konfiguracja była powszechnie stosowana w samolotach z 5 cylindrami chłodzonymi powietrzem.
Silniki delta
Silnik Delta ma trzy (lub jego wielokrotne) cylindry z przeciwległymi tłokami, ustawionymi w trzech oddzielnych płaszczyznach lub „bankach”, tak że wydają się być w Δ, patrząc wzdłuż osi wału głównego. Godnym uwagi przykładem tego typu układu jest Napier Deltic .
Inne układy
Mniej popularne konfiguracje obejmują silnik Swashplate z silnikiem K-Cycle, w którym pary tłoków znajdują się w przeciwnej konfiguracji, dzieląc cylinder i komorę spalania.
Zawory
Większość silników czterosuwowych ma zawory grzybkowe , chociaż niektóre silniki lotnicze mają zawory tulejowe . Zawory mogą znajdować się w bloku cylindrów ( zawory boczne ) lub w głowicy ( zawory górne ). Nowoczesne silniki są niezmiennie tej drugiej konstrukcji. Mogą być dwa, trzy, cztery lub pięć zaworów na cylinder, przy czym zawory wlotowe przewyższają zawory wydechowe w przypadku liczby nieparzystej. Silniki interferencyjne to takie silniki, w których zawór mógłby zderzyć się z tłokiem, gdyby rozrząd był nieprawidłowy.
Wałki rozrządu
Zawory grzybkowe są otwierane za pomocą wałka rozrządu, który obraca się z połową prędkości wału korbowego. Może to być łańcuch, koło zębate lub pasek zębaty napędzany z wału korbowego i może być umieszczony w skrzyni korbowej (gdzie może obsługiwać jeden lub więcej rzędów cylindrów) lub w głowicy cylindrów.
Jeśli wałek rozrządu znajduje się w skrzyni korbowej, do obsługi zaworów górnych wymagany będzie mechanizm rozrządu składający się z popychaczy i wahaczy . Mechanicznie prostsze są zawory boczne , w których trzpienie zaworowe spoczywają bezpośrednio na wałku rozrządu, jednak powoduje to słabe przepływy gazu w głowicy cylindrów, a także problemy z ciepłem i wypadły z użytku samochodowego, patrz silnik z płaską głowicą .
Większość nowoczesnych silników samochodowych umieszcza wałek rozrządu na głowicy cylindrów w konstrukcji górnego wałka rozrządu (OHC). W głowicy cylindrów może znajdować się jeden lub dwa wałki rozrządu; konstrukcja pojedynczego wałka rozrządu nazywana jest pojedynczym wałkiem rozrządu w głowicy (SOHC). Konstrukcja z dwoma wałkami rozrządu na głowicę cylindrów nazywana jest podwójnym wałkiem rozrządu (DOHC). Należy zauważyć, że wałki rozrządu są liczone na głowicę cylindrów, więc silnik V z jednym wałkiem rozrządu w każdej z dwucylindrowych głowic jest nadal konstrukcją SOHC, a silnik V z dwoma wałkami rozrządu na głowicę cylindrów to DOHC lub nieformalnie „czwórka krzywka " silnik.
W przypadku górnych wałków rozrządu układ zaworów będzie krótszy i lżejszy, ponieważ nie są wymagane popychacze. Niektóre konstrukcje górnych wałków rozrządu nadal mają wahacze ; ułatwia to regulację luzów mechanicznych.
Konstrukcja z czterema zaworami na cylinder ma zwykle dwa zawory dolotowe i dwa do wydechu, co wymaga dwóch wałków rozrządu na zespół cylindrów. Jeśli w głowicy cylindrów znajdują się dwa wałki rozrządu, krzywki mogą czasami opierać się bezpośrednio na popychaczach na trzpieniach zaworów (popychaczach). Popychacze krzywkowe pomagają w redukcji hałasu, tłumieniu wibracji, amortyzacji wstrząsów i przenoszeniu obciążeń osiowych. Ten ostatni układ jest najbardziej pozbawiony bezwładności, umożliwia najbardziej niezakłócony przepływ gazu w silniku i jest typowym układem dla wysokowydajnych silników samochodowych. Pozwala również na umieszczenie świecy zapłonowej w środku głowicy cylindra, co sprzyja lepszym właściwościom spalania. Powyżej pewnej liczby zaworów, efektywny obszar objęty działaniem zmniejsza się , więc najczęściej występują cztery. Nieparzyste liczby zaworów koniecznie oznaczają, że strona wlotowa lub wydechowa musi mieć o jeden zawór więcej. W praktyce są to niezmiennie zawory wlotowe - nawet w konstrukcjach głowic o parzystych numerach zawory wlotowe są często większe niż wyloty.
Bardzo duże silniki (np. silniki okrętowe ) mogą mieć dodatkowe wałki rozrządu lub dodatkowe krzywki na wałku rozrządu, aby umożliwić pracę silnika w dowolnym kierunku. Co więcej, inne manipulacje zaworami mogą być wykorzystane np. do hamowania silnikiem, jak w hamulcu Jake'a .
Wadą krzywek górnych jest to, że do napędzania krzywek potrzebny jest znacznie dłuższy łańcuch (lub pasek) niż w przypadku wałka rozrządu znajdującego się w bloku cylindrów, zwykle potrzebny jest również napinacz. Pęknięcie paska może zniszczyć silnik, jeśli tłoki zetkną się z otwartymi zaworami w górnym martwym punkcie .
Silniki Wankla (obrotowe)
Silniki Wankla (czasami nazywane „silnikami obrotowymi”) można sklasyfikować na podstawie liczby obecnych wirników. Większość produkowanych silników Wankla ma dwa wirniki, jednak produkowano również silniki z jednym, trzema i czterema wirnikami. Silniki Wankla można również sklasyfikować na podstawie tego, czy są wolnossące, czy turbodoładowane .
Większość silników Wankla jest napędzana benzyną, jednak zbadano prototypowe silniki napędzane olejem napędowym i wodorem.
Silniki z turbiną gazową
Silniki z turbiną gazową — najczęściej stosowane w samolotach — są zwykle podzielone na następujące kategorie:
- Turbojet , gazy przemieszczają się przez dyszę napędową
- Turbowentylator , gazy wędrują przez wentylator kanałowy
- Turbośmigłowe , gazy przemieszczają się przez bezprzewodowe śmigło, zwykle o zmiennym skoku
- Turboshaft , turbina gazowa zoptymalizowana do wytwarzania mechanicznego momentu obrotowego zamiast ciągu