Silnik wysokoprężny

Silnik MAN D2066 LOH Euro 6 stosowany w autobusach Lion's City G. fot. materiały prasowe MAN.

Silnik MAN D2066 LOH Euro 6 stosowany w autobusach Lion’s City G.
fot. materiały prasowe MAN.

Od stworzenia w 1893 roku prototypu przez Rudolfa Diesla do nowoczesnych silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa droga była bardzo długa i bardzo “rozklekotana”. Oto kilka najważniejszych elementów silnika wysokoprężnego.

Postęp techniczny w dziedzinie konstrukcji silników wysokoprężnych jaki dokonał się od momentu stworzenia jego prototypu, do współczesnych silników z bezpośrednim wtryskiem paliwa jest znaczący. Przez lata “grzechotniki” – jak pogardliwie nazywano silniki diesla odstraszały wielu klientów od zakupu pojazdu z takim napędem. Były one użytkowane głównie przez taksówkarzy, szoferów ciężarówek i (choć nie zawsze tak było) kierowców autobusów. Silniki te przez lata były gardzone i uznawane za ociężałe, głośne i śmierdzące.

Klekotanie po rozruchu było zmorą pracy silnika wysokoprężnego i uznawane za dźwięk nieprzyjemny. W dzisiejszych czasach możemy kontrolować proces spalania o wiele lepiej, klekotanie zredukowano do poziomu stłumionego postukiwania, którego nie zawsze ludzkie ucho jest w stanie odróżnić od odgłosów pracy jednostki benzynowej. A od niej różni się on bardzo dużo, choć oba pracują na zasadzie czterosuwowej. Silnik benzynowy opiera swoje funkcjonowanie na dostarczaniu bardzo dokładnie odmierzonej mieszanki paliwowo-powietrznej, przy czym ma zupełnie oddzielny system zapłonowy. W dieslu wystarczy do cylindra dostarczyć olej napędowy pod właściwym ciśnieniem i we właściwym momencie zapłon odbywa się samoistnie.

Silnik czterosuwowy o zapłonie iskrowym – zasada działania.
aut. Zephyris / Wikimedia Commons.
1) Ssanie
2) Sprężanie
3) Praca
4) Wydech

Warunkiem uzyskania zapłonu jest jednak uzyskanie przez sprężone w cylindrze powietrze o odpowiednio wysokiej temperaturze. Osiąga się to przez silne ściskanie powietrza, określane jako tzw. stopień sprężania. Stopień sprężania jest natomiast stosunkiem objętości powietrza zassanego do cylindra do jego objętości po zakończeniu procesu sprężania. Jeśli więc stopień sprężania w silniku wysokoprężnym z komorą wstępną wynosi np. 22:1, to powietrze zostaje ściśnięte 22-krotnie. Przesuwający się do góry tłok zmniejsza przestrzeń w cylindrze nad sobą do jednej dwudziestej drugiej początkowej objętości. W wyniku tego powietrze w komorze spalania nad tłokiem sprężone jest pod ciśnieniem od 30 do 55 barów.

Jednocześnie tłok i cylinder w wyniku tego, bardzo się nagrzewają – temperatury sprężanego powietrza rosną do co najmniej 550°C do ok. 700°C. Do uzyskania tej temperatury w celu rozruchu zimnego diesla, wykorzystuje się podgrzewanie. Do tego celu służy zamocowana w komorze spalania świeca żarowa. Po nagrzaniu w czasie ok. poniżej 4 sekund powietrza w cylindrze, wtryśnięte zostaje paliwo, które natychmiast się zapala i uwalnia energię odpychającą tłok w dół cylindra (suw pracy). Warto jednak pamiętać, że zarówno wtrysk paliwa i jego zapłon musi nastąpić we właściwym momencie, dokładnie tak samo jak ma to miejsce w silniku benzynowym. Nazywa się to początkiem wtrysku, a dokładność ustalenia tego momentu wynosi jeden stopień obrotu wału korbowego.

22.09.2012, zajezdnia Borek. Widok na silnik w autobusie Jelcz 080Ważne jest też ciśnienie pod jakim wtryśnięte zostanie paliwo. Musi ono wpaść z określoną energią – nie można ot tak, gdziekolwiek dostarczyć paliwa do cylindra, gdyż płomień pojawiłby się na końcu wtryskiwacza. Wtedy mielibyśmy do czynienia z paleniem się paliwa, a nie z jego spalaniem wybuchowym. Zatem olej napędowy musi być być dostarczony do cylindra w postaci mgły – i rozproszyć się po całej komorze spalania. Aby uzyskać prawidłowy proces spalania w silniku wysokoprężnym z komorą wstępną lub wirową, ciśnienie wtrysku musi wynosić co najmniej 125 barów. W obecnie konstruowanych silnikach wartość ta sięga nawet i 2000 barów.

Ma to swoje plusy, gdyż – im wyższe ciśnienie wtrysku, tym wyższa jakość wydalanych spalin. Pod wysokim ciśnieniem łatwiej jest rozpylić paliwo na drobniejsze kropelki, łatwiejsze do spalania i mniej resztek po procesie spalania w komorze i w spalinach. Aby poprawić jakość pracy silników wysokoprężnych i jakość spalin, stworzono zaawansowane systemy wtryskowe typu common-rail.

Wadą silników diesla był problem sadzy i mikroskopijnych cząstek stałych. Co raz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin, takie jak Euro 5, EEV, Euro 6, wymusiły zastosowanie filtrów cząstek stałych, ale i także stosowanie wodnego roztworu mocznika, znanego pod nazwą handlową AdBlue. Jest on stosowany w branży motoryzacyjnej jako reduktor w celu rozłożenia w katalizatorze, szkodliwych dla środowiska tlenków azotu. W technologii SCR, AdBlue kierowany jest pod wysokim ciśnieniem na strumień spalin w katalizatorze, gdzie zachodzi redukcja szkodliwych dla atmosfery tlenków azotu na azot (w postaci dwuatomowych cząsteczek) oraz wodę. AdBlue wymusza jednak zastosowanie specjalnych zbiorników, pomp, węży i pistoletów, gdyż jest substancją korozyjną. Ponadto nie może on być też używany w temperaturze poniżej -11,5°C, gdyż ulega on krystalizacji a osadzające się kryształki mogą zatkać instalacje.

Nowoczesne silniki diesla nie są już gardzone przez kierowców. O ile kiedyś stosowano je głównie w ciężkim transporcie drogowym i kolejnictwie, to obecnie z powodzeniem są też stosowane jako silnik trakcyjny do napędu osobowych pojazdów dostawczych.

blog comments powered by Disqus