Dieselový motor

Předměty:

Historie dieselového motoru
Operace
Výhody a nevýhody dieselového motoru
Pracovní cyklus čtyřdobého vznětového motoru
Přímé a nepřímé vstřikování
Nízkotlaká a vysokotlaká sekce
Proces vstřikování
Diesel klepání

Historie dieselového motoru:
Vznětový motor je pojmenován po svém vynálezci Rudolfu Dieselovi (1858-1913). První dieselový motor podle Dieselovy teorie se stal skutečností 17. února 1894. Tento motor pracoval na principu samovznícení a běžel 1 minutu dlouhých 88 ot./min. Robert Bosch vyvinul vysokotlaké vstřikovací čerpadlo, které umožnilo vznětovému motoru zahájit jeho celosvětové dobývání.

První osobní automobil s naftovým motorem byl Mercedes-Benz 170D z roku 1935.

Úkon:
Vznětový motor dostává vzduch do válců. Žádná směs, jak už to u benzínových motorů bývá. Tam je palivo často již smícháno se vzduchem (směs). Vzduch ve vznětovém motoru je někdy nasáván samotným motorem (bez turba), obvykle přiváděn pod tlakem turbem. Tomu se říká přeplňování. Přeplňováním dochází ke vstupu většího množství vzduchu, který se může zapálit přídavným palivem. Více informací o tlakovém plnění naleznete na stránce turbo. Dieselový motor je zásobován co největším množstvím vzduchu, který není regulován množstvím jako u benzínového motoru. Neomezený přívod vzduchu se nazývá „přebytek vzduchu“.

U vznětového motoru se palivo nezapaluje pomocí součástky (stejně jako zapalovací svíčka zapaluje benzín v benzínovém motoru). U vznětového motoru se spalování dosahuje vstřikováním motorové nafty. To je důvod, proč se dieselovému motoru říká „samozápal“. The vysokotlaké palivové čerpadlo zajišťuje potřebný tlak paliva.
Toto spalování vyžaduje hodně tepla. Toto teplo vzniká vysokým kompresním tlakem, který píst vytváří během komprese. Stlačováním vzduchu (je vystaven velmi vysokému tlaku) vzniká velké množství tepla. Toto teplo je nezbytné pro spalování.
De rozprašovač vstřikuje určité množství nafty těsně předtím, než píst dosáhne TDC. To se obvykle provádí v několika krocích, s předinjekcí, hlavní a následnou injekcí. Protože se motorová nafta mísí s teplým vzduchem (díky vysokému kompresnímu konečnému tlaku), toto palivo se samo vznítí. Tomu se říká silový zdvih. (Více o čtyřdobém procesu později).

Dieselový motor tedy potřebuje teplo, aby nastartoval spalování. Toto teplo (nejméně 250 stupňů) ještě není přítomno při nastartování motoru. Konečný tlak komprese často neposkytuje správnou teplotu ve spalovací komoře. Chcete-li to vyřešit, existují žhavicí svíčky namontované v hlavě válců. Tyto žhavicí svíčky se aktivují při startování a zajišťují, že vzduch ve spalovací komoře má správnou teplotu pro zapálení motorové nafty.

Výhody a nevýhody dieselového motoru

Výhody dieselového motoru ve srovnání s benzínovým motorem:
Vznětový motor je díky vyššímu kompresnímu poměru a spalovacímu procesu hospodárnější než zážehový. Vznětový motor má obecně také delší životnost (v závislosti na způsobu použití).
Nevýhody naftového motoru ve srovnání s benzínovým motorem:
Naftový motor je hlučnější, má nižší výkon ve srovnání s benzínovým motorem se stejným objemem válců (bez použití turba a mezichladiče) a je to dražší, tvrději konstruovaný motor. V dnešní době již není předehřívání motoru nevýhodou, protože přímovstřikový dieselový motor se snadno rozběhne bez předehřívání. I při teplotách kolem bodu mrazu to po chvíli začne.

V současné době jsou dieselové motory stále tišší, takže je stále obtížnější rozlišit benzínové a naftové motory.

Pracovní cyklus čtyřdobého dieselového motoru:
Pracovní cyklus dieselového motoru se skládá ze čtyř zdvihů; sací zdvih, kompresní zdvih, výkonový zdvih a výfukový zdvih. Během těchto zdvihů se píst pohyboval dvakrát dolů a nahoru. Klikový hřídel se proto dvakrát otočil.
Při každém úderu se stane spousta věcí; vzduch je nasáván, palivo je vstřikováno, vzduch a palivo jsou spalovány a zbývající plyny jsou vytlačovány z válce. Níže je popis toho, co se přesně děje v každém triku:

Sací zdvih:
Vstupní ventil je otevřen, výfukový ventil je uzavřen. Píst se pohybuje z TDC do ODP.
– Bez turba: Vzduch je nasáván díky vytvořenému podtlaku.
– S turbem: Nasávaný vzduch je přiváděn z turba pod přetlakem do prostoru válce.
V sacím traktu není žádný regulační ventil, jako například škrticí klapka benzínového motoru. U vznětového motoru není tedy množství nasávaného vzduchu nastavitelné. Škrtící klapka v sacím systému (škrticí klapka) slouží pouze k vypnutí motoru. Uzavřením tohoto ventilu a tím zastavením přívodu vzduchu se motor tiše vypne.
Kompresní zdvih:
Vstupní a výstupní ventily jsou uzavřeny. Píst se pohybuje z ODP do TDC. Vzduch je stlačen. Tím se zvýší teplota vzduchu a v závislosti na kompresním poměru může dosáhnout teploty přibližně 550 stupňů. U benzínového motoru je tato teplota přibližně 400 stupňů. Při studeném startu se motor nejprve zahřeje žhavicí svíčky k dosažení teploty, která umožní zapálení směsi.
Výkonový zdvih:
Vstupní a výstupní ventily jsou uzavřeny a píst stlačil vzduch pod velmi vysokým tlakem. Několik stupňů před TDC je palivo vstřikováno přes vstřikovač a zapáleno vysokým konečným kompresním tlakem. Tlak vznikající spalováním tlačí píst z TDC do ODP.
Výfukový zdvih:
Vstupní ventil je uzavřen, výfukový ventil otevřený. Píst se pohybuje z ODP do TDC a vytlačuje výfukové plyny. Kruhový proces je popsán na stránce procesu Seiliger.

Přímé a nepřímé vstřikování:
Motor může být vybaven přímým nebo nepřímým vstřikováním. Rozdíly mezi těmito dvěma systémy jsou popsány níže.

Přímé vstřikování:
Vstřikovací tlak je u přímého vstřikování vyšší než u nepřímého vstřikování. Palivo je vstřikováno přímo do válce (nebo pro něj vytvořeného dna pístu) na konci kompresního zdvihu. Míchání tedy probíhá ve válci a ne ve vířivé komoře jako u nepřímého vstřikování. Pro zlepšení tvorby směsi se přiváděný vzduch víří. Víření je vytvářeno tvarem sacího potrubí a tvarem dna pístu.
Oproti vznětovému motoru s nepřímým vstřikováním má vznětový motor s přímým vstřikováním tu výhodu, že vyžaduje menší povrch stěny spalovací komory. V důsledku toho bude mít dieselový motor s přímým vstřikováním menší ztráty kompresního a spalovacího tepla, což povede k vyšší účinnosti a čistším výfukovým plynům.

Nepřímé vstřikování:
Nepřímé vstřikování se nejčastěji používalo u starších dieselových motorů. V dnešní době se s tím už téměř nesetkáte.
U motoru s nepřímým vstřikováním není palivo vstřikováno nad píst, ale vstřikováno, mícháno a odpařováno ve vířivé komoře. Palivo je vstřikováno do vířivého vzduchu vířivé komory během kompresního zdvihu. Tím je zajištěno dobré promíchání paliva se vzduchem. V tomto případě je dno pístu ploché (někdy s vybráními pro ventily).

Nízkotlaká a vysokotlaká sekce:
Zásoba paliva dieselového motoru je rozdělena na 2 části; nízkotlaká sekce a vysokotlaká sekce.

Nízkotlaká sekce se skládá z následujících částí:

Palivová nádrž
Posilovací čerpadlo (montováno v palivové nádrži nebo v jedné jednotce s vysokotlakým čerpadlem)
Palivový filtr (namontovaný pod vozem nebo pod kapotou, odstraňuje kontaminované částice a vlhkost z motorové nafty)
Nízkotlaké palivové potrubí (palivo je dopravováno z nádrže do vysokotlakého čerpadla těmito potrubími)
Zpětné vedení paliva (přivádí zpětné a únikové palivo ze vstřikovačů, vysokotlakého čerpadla a filtru zpět do palivové nádrže) Toto zpětné/únikové palivo je nezbytné pro chlazení a mazání příslušných dílů. Teplo je tak odváděno do nádrže.

Vysokotlaká sekce se skládá z následujících částí:

Vysokotlaké palivové potrubí (palivo je přiváděno těmito potrubími z vysokotlakého čerpadla do vstřikovačů. Všechna potrubí musí mít stejnou délku a tloušťku, aby se zabránilo tlakovým rozdílům)
Vysokotlaké čerpadlo (palivo čerpané z výtlačného čerpadla do vysokotlakého čerpadla je odtud čerpáno přes vysokotlaké palivové potrubí do vstřikovačů)
rozprašovač (vstříkněte palivo do válce při dosažení otevíracího tlaku)

Proces vstřikování:
Doba mezi vstřikem paliva a skutečným spalováním se nazývá doba zpoždění. Malé kapičky paliva vstřikované přes vstřikovač musí přejít do plynné formy. Tento přechod je možný díky vysoké teplotě ve spalovací komoře (které je dosaženo kompresním koncovým tlakem nebo žhavicí svíčkou při startování). Tato doba by měla být co nejkratší, jinak to ovlivní spalování. To také znamená, že motor pojede hůře a bude k dispozici menší výkon.

Obrázek níže ukazuje kompletní proces vstřikování.

Klepání nafty:
Mezi začátkem vstřikování (viz A na obrázku výše) a začátkem spalování (C) je několik milisekund. Velmi malé kapičky paliva, které jsou vstřikovány přes vstřikovač (palivová mlha), musí být nejprve zahřáté na teplotu, než se mohou přeměnit na formu páry. Vnějšek kapky paliva se nejprve změní na plynnou formu a poté bude postupně hořet. Zbývající zbytky kapky se pak samovolně vznítí a způsobí rozeznatelný zvuk motoru; klepání nafty. Jedná se o nekontrolované spalování a může nastat v nevhodnou dobu.

Následující věci mohou způsobit klepání nafty:

Vadné atomizéry (kapání nebo špatná atomizace s kapičkami, které jsou příliš velké)
Vadné vstřikovací čerpadlo (výtlačné ventily nebo plunžry vadné)
Palivo (přítomná voda, příliš nízké cetanové číslo, vzduch v palivu
Motor (konečný tlak příliš nízký, žhavicí svíčky nefungují)
Nesprávné časování palivového čerpadla