Co wiemy o silnikach benzynowych?

Adam Klimek

Ekspert Team Total

Silniki benzynowe nazywane są również silnikami o zapłonie iskrowym, ponieważ do zapłonu mieszanki konieczna jest iskra inicjująca spalanie. Inaczej jest w silnikach diesla, w których mieszanina paliwa i powietrza zapala się od bardzo wysokiej temperatury w cylindrze w wyniku sprężania.

Historia silników benzynowych rozpoczęła się na dobre pod koniec XIX wieku, kiedy to Nicolaus Otto opracował silnik czterosuwowy (do pełnego cyklu tłok musi wykonać cztery suwy), a następnie elektryczny zapłon. Aby silnik czterosuwowy działał, muszą następować po sobie kolejne fazy jego pracy. Pierwszy etap to tzw. ssanie, podczas którego otwarte są zawory ssące, a tłok porusza się w dół, zasysając mieszankę lub samo powietrze. Kolejne jest sprężanie, w trakcie którego tłok przesuwa się do góry przy zamkniętych zaworach. Chwilę przed osiągnięciem najwyższego punktu pojawia się iskra, która inicjuje spalanie. Mimo rosnącego ciśnienia tłok osiąga tzw. górny martwy punkt, po którym rozpoczyna się kolejny sów. Rozprężające się gazy powstałe w wyniku spalania nie mają gdzie ujść, ponieważ zawory są nadal zamknięte, dlatego powodują przesunięcie tłoka w dół. Ta siła zamieniana jest na pracę, stąd nazywamy ten suw suwem pracy. Ostatnim etapem cyklu jest suw wydechu, w trakcie którego tłok ponownie porusza się do góry i wypycha spaliny przez otwarty zawór wydechowy. Po zakończeniu tego suwu następuje ponownie suw ssania – i tak w kółko. Cały cykl powtarza się co dwa obroty wału korbowego. Mechanizm działania silnika nie zmienił się już od przeszło stu lat. Rewolucję przeszedł natomiast sposób, w jaki do komory spalania dostarczane są powietrze i paliwo, oraz układ zapłonowy.

Początki silników benzynowych to układy zasilania wyposażone w gaźniki. Jak działał gaźnik? Jego praca opierała się na zasadzie różnicy ciśnień. Przez gaźnik przelatywało powietrze, które napotykało na swojej drodze zwężenie. W środku przewężenia znajdowała się dysza połączona z komorą pływakową, w której było paliwo. Poziom paliwa w komorze był regulowany przez zaworek zamykany pływakiem. Podciśnienie powstające w miejscu przewężenia zasysało pewną ilość paliwa i tak powstawała mieszanka, która przez kolektor ssący dostawała się do komory spalania. Ilość mieszanki była regulowana przez otwarcie lub zamknięcie przepustnicy znajdującej się w gaźniku. Wysokie napięcie potrzebne do wytworzenia iskry na świecy powstawało w cewce zapłonowej na uzwojeniu wtórnym w momencie rozwarcia styków przerywacza, przez który zasilane było uzwojenie pierwotne cewki. Rozdział na poszczególne cylindry następował za pomocą mechanicznego rozdzielacza wyposażonego w palec i kopułkę.

Fazą przejściową między gaźnikiem a elektronicznym wtryskiem paliwa był między innym K-jetronic firmy Bosch, czyli mechaniczny wtrysk paliwa. W późniejszych układach sterowanie wtryskiem paliwa odbywało się już elektrycznie – mechaniczne przerywacze zastąpiono tranzystorami w modułach zapłonowych, by w końcu połączyć funkcję sterowania wtryskiem paliwa i zapłonem w jednym sterowniku w układzie Motronic. Układy te są w stanie bardzo dokładnie regulować czas wtrysku i moment zapłonu na podstawie sygnałów z czujników, dzięki czemu można kontrolować proces spalania.

Kolejną rewolucję silniki z zapłonem iskrowym przeszły w momencie pojawienia się bezpośredniego wtrysku benzyny, który pozwolił silnikom pracować na mieszankach uboższych w paliwo, a więc uczynił je bardziej oszczędnymi. Sposób dostarczenia paliwa do cylindra w przypadku bezpośredniego wtrysku benzyny jest bardzo podobny do układu Common Rail w dieslu. W obydwu układach mamy część niskociśnieniową, pompę wysokiego ciśnienia, szynę paliwową oraz wtryskiwacze podające paliwo bezpośrednio do cylindra. To, co je różni, to ciśnienia paliwa, na których pracują – w przypadku benzyn dochodzą one do około 300 atm, natomiast w dieslu przekraczają 2000 atm.

Silniki benzynowe miały być odpowiedzią na problemy diesli jeżdżących po miastach. Jednak wyśrubowane normy spalin sprawiają, że także one mają być wyposażone w filtry cząstek stałych, czyli element, przez który miejskie diesle miały największe problemy. Co z tego wyniknie – czas pokaże.