Jak działa silnik samochodu?

Gdyby ktoś kazał nam wskazać pod maską silnik, zapewne większość z nas nie miałaby z tym większego problemu. Po prostu pokazujecie to, co największe. Co jednak tak naprawdę kryje się pod tą żeliwną lub aluminiową skorupą? Dorobek pokoleń – to jest pewne. Mówi się, że silnik jest sercem samochodu – i słusznie – bez niego auto nie pojedzie. Jak to działa i dlaczego? Co powoduje, że auto po przekręceniu kluczyka w stacyjce wydaje z siebie symfonię dźwięków, mniej lub bardziej przyjemnych? Jak to się dzieje, że silnik potrafi wprawić w ruch koła? Trudno było by opisywać po kolei wszystkie istniejące na świecie rodzaje silników. Istnieje jednak schemat, który poza paroma wyjątkami pozostaje niezmienny i na którym najprościej można wytłumaczyć, na jakiej zasadzie działa silnik samochodowy spalinowy, czyli ten, który spala benzynę lub ropę.

Generalnie całą robotę w silniku wykonuje tłok. To właśnie on porusza się w cylindrze na zasadzie „wsuwania” i „wysuwania”. Konsekwentnie – raz w górę, raz w dół. Zadaniem tłoka jest, jak sama nazwa wskazuje tłoczenie. Jak nie w jedną, to w drugą stronę. Wykorzystując w tym momencie niestosowne skojarzenia czytelniczek podpowiem, że tak naprawdę idziecie bardzo dobrym tropem. Teraz wyobraźcie sobie, że praca tłoka w cylindrze wygląda mniej więcej tak, jak to, o czym pomyślałyście. Tyle tylko, że energia, która z tego procesu powstaje, wcale się nie marnuje.

Aby powstała praca, tłok musi się trochę napracować i wykonać aż cztery ruchy w cylindrze – początkowo zasysa on powietrze lub mieszankę przez otwarty zawór ssący, zsuwając się na sam dół cylindra. Jak już tam sobie siedzi na dnie cylindra wypełnionego powietrzem, zawór się zamyka. Kiedy cylinder jest wypełniony powietrzem „po zęby”, tłok ściska je mocno, podnosząc się do góry. Do tak sprężonego powietrza przez wtryskiwacz od góry dostaje się paliwo (w dieslu) lub następuje iskra, która powoduje wybuch. Jak jest eksplozja to musi być i porządne walnięcie – siłą rzeczy tłok, chce czy nie, spada w dół. Jak eksplozja i walnięcie, to i dym, bo nie ma dymu bez ognia! Jak już więc tłok ogarnie się po wszystkim, to robi kolejny ruch (suw) w górę. Tam już czeka na niego otwarty zawór wylotowy, przez który tłok wypycha całe to niepotrzebne dziadostwo na zewnątrz. To jest właśnie ten sam dym, który ostatecznie wylatuje przez rurę wydechową pod spodem waszego auta. Czyli lecimy jeszcze raz: zasysanie powietrza – tłok idzie w dół, sprężanie powietrza – tłok w górę. Wybuch – tłok w dół, wypychanie spalin na zewnątrz – tłok w górę. I tak cały czas w kółko.

W ten sposób energia wybuchu zostaje zamieniona w pracę, ponieważ ruch tłoka połączonego z korbowodem powoduje zakręcenie wałem korbowym, który wprawia w ruch zespół napędowy, który porusza kołem samochodu. Oczywiście, silnik zwykle posiada kilka tłoków i cylindrów. Generalnie im więcej ich jest, tym praca silnika jest równiejsza, a im większa pojemność tych cylindrów tym większy potencjał silnika, a co za tym idzie – lepsze przyspieszenie, lepsza dynamika, ale i większe zapotrzebowanie na paliwo.

Przykładowo, kiedy wskazówka obrotomierza w waszym samochodzie zbliża się do wartości 2.000 obr/min znaczy to, że tłok wykonuje w tym czasie 4.000 suwów, a mieszanka dostaje się do cylindra 1.000 razy! Wszystko na minutę. I do jednego cylindra. Pomyślcie teraz, ile paliwa potrzebuje silnik, jeżeli kręcicie go cały czas do 6 tys. obr/min z pedałem gazu wciśniętym w podłogę!

W pracy silnika bardzo istotne jest to, by miał olej. Z doświadczenia przecież wiecie na pewno, że lepszy poślizg powoduje sprawniejsze ruchy, bo mniejsze jest tarcie. W zasadzie wszędzie, gdzie tylko w silniku odbywają się jakieś ruchy, tam dociera olej. Jego droga rozpoczyna się od miski olejowej, która znajduje się pod silnikiem, olej zasysany jest przez smoka, następnie pompa olejowa tłoczy go do magistrali, czyli zespołu kanalików, które docierają do wielu miejsc silnika. Wyobraźcie sobie, co by się stało, gdyby przez dłuższą chwilę wszystkie elementy silnika poruszały się „na sucho”. Teraz już chyba bardziej rozumiecie, dlaczego tak ważnym jest raz na jakiś czas sprawdzić poziom oleju w silniku.

Jaka w ogóle jest podstawowa różnica w takim razie między silnikiem benzynowym, a dieslem? Chodzi o zasadę zapłonu. Silniki benzynowe posiadają zapłon iskrowy, a diesle samoczynny. Co znaczą te słowa? Otóż silniki benzynowe do wybuchu w cylindrze wykorzystują iskrę wywoływaną na świecy zapłonowej. Zupełnie inaczej ma się sprawa w przypadku diesli, nazywanych też silnikami wysokoprężnymi. Wysokoprężne, ponieważ powietrze w cylindrze jest sprężane przez tłok znacznie mocniej. Tak bardzo, że wewnątrz tworzy się wysoka temperatura, która wystarcza do tego, by popadaniu mieszanki do cylindra wystąpiła eksplozja, bez iskry.

Silniki różnią się też między sobą, jeśli chodzi o układ i liczbę cylindrów. W Europie najpopularniejsze są silniki rzędowe – jak można wywnioskować, cylindry, w których poruszają się tłoki są ustawione w jednym rzędzie. Czterocylindrowy silnik rzędowy oznaczymy wtedy symbolem R4, sześciocylindrowy R6 itd. Wyobraźcie sobie teraz, że Lamborghini ma zamontować pod maską swojego modelu duży 12-cylindrowy motor. Gdyby producent chciał ustawić wszystkie cylindry w jednym rzędzie, silnik zajmował by strasznie dużo miejsca. Wymyślono zatem inne rozwiązanie – widlaste ułożenie cylindrów w dwóch rzędach pod kątem 60 lub 90 stopni. Wszystkie silniki tego typu oznacza się literą V, w tym wypadku był by to silnik V12. Bardziej popularne jednak są jednostki V6 i V8 – kiedyś najczęściej spotykane za Oceanem, gdzie, zanim dotarł kryzys wszyscy wychodzili z założenia „No replacement for displacement”, (z ang. „Nic nie zastąpi pojemności”).

Rzadziej spotykane są silniki przeciwsobne, tzw. „boxery”, najczęściej spotykane w Subaru, czy też Porsche. Tutaj tłoki są rozmieszczone po dwóch stronach wału korbowego, naprzeciw siebie, przez co cały silnik, w porównaniu z innymi, jest bardzo płaski.

Istnieje jeszcze jeden rodzaj silnika, jeśli chodzi o układ tłoków, znacznie różniący się od całej reszty. Jest to silnik z jednym wirowym tłokiem, tzw. silnik Wankla. Jednak z powodu swojej „fajności”, a jednocześnie faktu, że powoli odchodzi on niestety do historii, napiszemy o nim w osobnym artykule.