Jak to działa? Motocyklowy silnik czterosuwowy

Zastanawialiście się kiedyś jakie procesy sprawiają, że silnik motocykla wprawia go w ruch? Poznanie zasad działania, budowy i cykli pracy jednostki napędowej pomogą zrozumieć serce twojej maszyny, a także ukazać zalety i wady tego motoru.

Jak to się zaczęło?

W latach 60. XIX wieku niemiecki konstruktor Nikolaus Otto, inspirując się dokonaniem belgijskiego inżyniera Jeana Lenoira, zaczął przeprowadzać testy na silniku spalinowym. Dopiero po około 15 latach, bo w 1876 roku, przy pomocy współpracownika Langena, udało mu się stworzyć silnik, który sprężał mieszankę paliwowo-powietrzną przed jej zapłonem. Rok później wynaleźli silnik benzynowy o zapłonie iskrowym, który podczas jednego cyklu pracy wykonywał 4 suwy. Mechanizm wykorzystany w tym silniku nazwano cyklem Otta i w ten sposób rozpoczął się nowy etap w historii motoryzacji, który trwa aż do dziś.

Z czego składa się silnik czterosuwowy?

Nieodłącznymi elementami silników motocyklowych są: tłok, korbowód, wał korbowy, świeca zapłonowa, kanały (dolotowy i wylotowy) oraz cylinder. Co, jak i po co zostało przeze mnie opisane w artykule dotyczącym działania silnika dwusuwowego, który znajdziecie ->tutaj<- oraz publikacji na temat mechanizmu korbowego, do którego przeczytania zapraszam po kliknięciu ->tutaj<-

Czym przede wszystkim różni się silnik czterosuwowy od dwusuwowego? Główną różnicą w jego budowie jest zespół rozrządu w skład którego wchodzą: zawory (ssący i wydechowy), wałki rozrządu, dźwignie i popychacze zaworowe oraz łańcuch, lub pas zębaty, do sterowania całym układem (rzadziej wałek). Zawory najczęściej występują parami w głowicy silnika, jednakże istnieje jeszcze kilka innych rozwiązań, o których wkrótce będziecie mogli przeczytać w osobnym artykule. Skupmy się jednak na powyższej grafice. Zawór dolotowy (ssący) zapewnia wypełnienie komory silnika mieszanką paliwowo – powietrzną, a zawór wylotowy (wydechowy) pozwala na opróżnienie jej ze spalin. Wałki rozrządu to te zielone elementy tuż nad zworami, ukazane na umieszczonym niżej filmie. Ich zadaniem jest regulowanie czasu otwarcia zaworów. One również mogą występować w parze i pojedynczo.

Jak to działa?

1. Suw ssania – wałek rozrządu otwiera zawór ssący, który umożliwia dostanie się mieszanki paliwowo – powietrznej przez kanał dolotowy za wcześniejszym działaniem gaźnika lub wtrysku (układu dolotowego). W cylindrze tworzy się podciśnienie. Tłok porusza się z GMP (Górnego Martwego Punktu) w dół do DMP (Dolnego Martwego Punktu). W tym momencie zawór ssący zamyka się, a cylinder zostaje wypełniony mieszanką łatwopalną. (intake – zielony cykl na poniższym filmie).
2. Suw sprężania – zawór ssący i wydechowy są zamknięte, a tłok wraca z DMP ku górze. W tym czasie mieszanka paliwowo – powietrzna  zostaje sprężona pod ciśnieniem. Tuż przed dojściem tłoka do GMP następuje przeskok iskry na świecy zapłonowej w skutek czego dochodzi do detonacji sprężonej mieszanki. Tłok osiąga w tym czasie GMP, a siła detonacji mieszanki zaczyna spychać go w dół. Rozpoczyna się kolejny suw. (compression – pomarańczowy cykl na poniższym filmie oraz spark – zapłon).
3. Suw pracy (rozprężania) – kiedy mieszanka została spalona, a tłok osiągnął najwyższy punkt, występuje reakcja odepchnięcia go z dużą siłą na skutek ciśnienia. Zawory są niezmiennie zamknięte, co widzimy na filmie podczas niebieskiego cyklu (combustion).
4. Suw wydechu (wylotu) – tuż przed osiągnięciem DMP przez tłok, zawór wylotowy otwiera się. Wtedy rozpoczyna się opuszczanie niezupełnie rozprężonych gazów spalinowych z cylindra. Tłok wracając do góry, wypycha pozostałe gazy i tym samym opróżnia wnętrze ze spalin. Gdy osiągnie GMP, zawór wylotowy zostaje zamknięty i rozpoczyna się kolejny cykl suwów (exhaust – szary cykl na poniższym filmie).

Wady i zalety

Największą zaletą silnika czterosuwowego jest ekonomia (w stosunku do silników dwusuwowych). Takie silniki palą mniej paliwa i… oleju, zatem są też bardziej przyjazne dla środowiska i są w stanie spełnić wyśrubowane normy emisji spalin. Nie brak im mocy i momentu obrotowego nawet na najniższych obrotach. Nie musimy dbać o dodanie oleju do paliwa, ponieważ w tych silnikach stosuje się rozwiązanie odrębnego, niezależnego układu smarowania. Na ogół czterosuw pracuje ciszej i jest trwalszy ze względu na dobre smarowanie. Jednakże skomplikowana budowa i większa liczba elementów go tworzących sprawiają, że konstrukcja ta zazwyczaj jest trudniejsza i bardziej kosztowna w naprawie. Wymaga dbałości o dodatkowe elementy jak np. regulacja zaworów czy prawidłowe ustawienie rozrządu. Użytkownicy silników czterosuwowych muszą pamiętać o sprawdzaniu stanu oleju, którego deficyt może spowodować najgorszą usterkę – zatarcie jednostki.

Autor: Julia Łuczyńska (Rock N’ Bikes)