Przedmioty:
- Historia silnika wysokoprężnego
- Operacja
- Zalety i wady silnika wysokoprężnego
- Cykl pracy czterosuwowego silnika wysokoprężnego
- Wtrysk bezpośredni i pośredni
- Sekcja niskiego i wysokiego ciśnienia
- Proces wtrysku
- Stukanie w Dieslu
Historia silnika wysokoprężnego:
Silnik wysokoprężny został nazwany na cześć jego wynalazcy Rudolfa Diesela (1858-1913). Pierwszy silnik wysokoprężny według teorii Diesla stał się rzeczywistością 17 lutego 1894 roku. Silnik ten działał na zasadzie samozapłonu i pracował przez 1 minutę długie 88 obr./min. Robert Bosch opracował wysokociśnieniową pompę wtryskową, która umożliwiła silnikowi wysokoprężnemu rozpoczęcie światowego podboju.
Pierwszym samochodem osobowym z silnikiem Diesla był Mercedes-Benz 170D z 1935 roku.
Operacja:
Silnik wysokoprężny dostaje powietrze do cylindrów. Brak mieszanki, jak to często bywa w silnikach benzynowych. Tam paliwo często jest już zmieszane z powietrzem (mieszanką). Powietrze w silniku wysokoprężnym jest czasami zasysane przez sam silnik (bez turbosprężarki), zwykle zasilane pod ciśnieniem przez turbosprężarkę. Nazywa się to doładowaniem. Doładowanie powoduje, że do wnętrza dostaje się większa ilość powietrza, które można zapalić dodatkową ilością paliwa. Więcej informacji na temat napełniania ciśnieniowego znajdziesz na stronie turbo. Silnik wysokoprężny zasilany jest możliwie największą ilością powietrza, którego ilość nie jest regulowana tak jak w przypadku silnika benzynowego. Nieograniczony dopływ powietrza nazywany jest „nadwyżką powietrza”.
W silniku wysokoprężnym paliwo nie jest zapalane za pomocą jakiegoś elementu (tak jak świeca zapłonowa zapala benzynę w silniku benzynowym). W silniku wysokoprężnym spalanie odbywa się poprzez wtrysk oleju napędowego. Z tego powodu silnik wysokoprężny nazywany jest „samozapłonem”. The wysokociśnieniowa pompa paliwa zapewnia niezbędne ciśnienie paliwa.
Spalanie to wymaga dużej ilości ciepła. Ciepło to powstaje w wyniku wysokiego ciśnienia sprężania, które tłok wytwarza podczas sprężania. Sprężanie powietrza (poddawanego bardzo wysokiemu ciśnieniu) powoduje powstawanie dużej ilości ciepła. Ciepło to jest niezbędne do spalania.
De werstuiwer wtryskuje określoną ilość oleju napędowego tuż przed osiągnięciem przez tłok GMP. Zwykle odbywa się to w kilku etapach, obejmujących wtrysk wstępny, główny i końcowy. Ponieważ olej napędowy miesza się z ciepłym powietrzem (ze względu na wysokie ciśnienie końcowe sprężania), paliwo to zapala się samoczynnie. Nazywa się to udarem mocy. (Więcej o procesie czterech taktów później).
Dlatego silnik wysokoprężny potrzebuje ciepła, aby rozpocząć spalanie. To ciepło (co najmniej 250 stopni) nie jest jeszcze obecne w momencie uruchomienia silnika. Końcowe ciśnienie sprężania często nie zapewnia właściwej temperatury w komorze spalania. Aby rozwiązać ten problem, istnieją świece żarowe zamontowany w głowicy cylindrów. Te świece żarowe włączają się podczas uruchamiania i zapewniają, że powietrze w komorze spalania ma odpowiednią temperaturę do zapalenia oleju napędowego.
Zalety i wady silnika wysokoprężnego
- Zalety silnika wysokoprężnego w porównaniu z silnikiem benzynowym:
Ze względu na wyższy stopień sprężania i proces spalania, silnik wysokoprężny jest bardziej ekonomiczny niż silnik benzynowy. Silnik wysokoprężny ma zazwyczaj dłuższą żywotność (w zależności od sposobu użytkowania). - Wady silnika wysokoprężnego w porównaniu z silnikiem benzynowym:
Silnik Diesla jest głośniejszy, ma mniejszą moc w porównaniu do silnika benzynowego o tej samej pojemności skokowej (bez zastosowania turbosprężarki i intercoolera) oraz jest silnikiem droższym i ciężej skonstruowanym. W dzisiejszych czasach wstępne podgrzewanie silnika nie jest już wadą, ponieważ silnik wysokoprężny z bezpośrednim wtryskiem można łatwo uruchomić bez wstępnego podgrzewania. Nawet przy temperaturach zbliżonych do punktu zamarzania, nadal będzie się uruchamiał po nieco dłuższym czasie.
Obecnie silniki wysokoprężne stają się coraz cichsze, przez co coraz trudniej jest odróżnić silniki benzynowe od wysokoprężnych.
Cykl pracy czterosuwowego silnika wysokoprężnego:
Cykl pracy silnika wysokoprężnego składa się z czterech suwów; suw ssania, suw sprężania, suw mocy i suw wydechu. Podczas tych uderzeń tłok dwukrotnie poruszał się w dół i w górę. Wał korbowy obrócił się zatem dwukrotnie.
Podczas każdego udaru dzieje się wiele rzeczy; zasysane jest powietrze, wtryskiwane jest paliwo, spalane jest powietrze i paliwo, a pozostałe gazy są usuwane z cylindra. Poniżej znajduje się opis tego, co dokładnie dzieje się w każdej sztuczce:
- Skok ssania:
Zawór wlotowy jest otwarty, zawór wylotowy jest zamknięty. Tłok przesuwa się z TDC do ODP.
– Bez turbosprężarki: Powietrze jest zasysane na skutek wytworzonego podciśnienia.
– Z turbosprężarką: Powietrze dolotowe jest dostarczane z turbosprężarki pod nadciśnieniem do przestrzeni cylindrów.W przewodzie dolotowym nie ma zaworu regulacyjnego, takiego jak przepustnica silnika benzynowego. Dlatego w przypadku silnika wysokoprężnego nie można regulować ilości zasysanego powietrza. Zawór dławiący w układzie dolotowym (przepustnica) służy wyłącznie do wyłączania silnika. Zamknięcie tego zaworu i tym samym odcięcie dopływu powietrza spowoduje ciche wyłączenie silnika.
Skok kompresji:
Zawory wlotowe i wylotowe są zamknięte. Tłok przesuwa się z ODP do TDC. Powietrze jest sprężone. Zwiększa to temperaturę powietrza i w zależności od stopnia sprężania może osiągnąć temperaturę około 550 stopni. W silniku benzynowym temperatura ta wynosi około 400 stopni. Podczas zimnego rozruchu silnik jest najpierw rozgrzewany przez świece żarowe do osiągnięcia temperatury umożliwiającej zapalenie się mieszaniny.Skok mocy:
Zawory wlotowe i wylotowe są zamknięte, a tłok sprężył powietrze pod bardzo wysokim ciśnieniem. Kilka stopni przed GMP paliwo jest wtryskiwane przez wtryskiwacz i zapalane pod wpływem wysokiego końcowego ciśnienia sprężania. Ciśnienie powstałe w wyniku spalania wypycha tłok z GMP do ODP.Skok wydechu:
Zawór wlotowy jest zamknięty, zawór wylotowy jest otwarty. Tłok przesuwa się z ODP do TDC i usuwa spaliny. Proces okręgu opisano na stronie procesu Seiligera.
Wtrysk bezpośredni i pośredni:
Silnik może być wyposażony w wtrysk bezpośredni lub pośredni. Poniżej opisano różnice pomiędzy tymi dwoma systemami.
Wtrysk bezpośredni:
Ciśnienie wtrysku jest wyższe przy wtrysku bezpośrednim niż przy wtrysku pośrednim. Paliwo wtryskiwane jest bezpośrednio do cylindra (lub utworzonego dla niego dna tłoka) pod koniec suwu sprężania. Mieszanie odbywa się zatem w cylindrze, a nie w komorze wirowej, jak ma to miejsce w przypadku wtrysku pośredniego. Aby poprawić tworzenie mieszaniny, powietrze wlotowe jest zawirowane. Zawirowanie jest tworzone przez kształt kolektora dolotowego i kształt dna tłoka.
W porównaniu do silnika wysokoprężnego z wtryskiem pośrednim, silnik wysokoprężny z wtryskiem bezpośrednim ma tę zaletę, że wymaga mniejszej powierzchni ścianek komory spalania. W rezultacie silnik wysokoprężny z bezpośrednim wtryskiem będzie charakteryzował się mniejszymi stratami podczas sprężania i ciepła spalania, co skutkuje wyższą wydajnością i czystszymi spalinami.
Wtrysk pośredni:
Wtrysk pośredni był najczęściej stosowany w starszych silnikach wysokoprężnych. Dziś już prawie się z tym nie spotykamy.
W silniku z wtryskiem pośrednim paliwo nie jest wtryskiwane nad tłokiem, ale jest wtryskiwane, mieszane i odparowywane w komorze wirowej. Paliwo wtryskiwane jest do wirującego powietrza komory wirowej podczas suwu sprężania. Zapewnia to dobre wymieszanie paliwa z powietrzem. W tym przypadku dno tłoka jest płaskie (czasami z wgłębieniami na zawory).
Sekcja niskiego i wysokiego ciśnienia:
Zasilanie paliwem silnika wysokoprężnego jest podzielone na 2 części; sekcję niskociśnieniową i sekcję wysokociśnieniową.
Sekcja niskiego ciśnienia składa się z następujących części:
- Zbiornik paliwa
- Pompa wspomagająca (montowana w zbiorniku paliwa lub jako jeden zespół z pompą wysokociśnieniową)
- Filtr paliwa (montowany pod samochodem lub pod maską, usuwa zanieczyszczone cząstki i wilgoć z oleju napędowego)
- Przewody paliwowe niskiego ciśnienia (tymi przewodami paliwo dostarczane jest ze zbiornika do pompy wysokiego ciśnienia)
- Przewód powrotny paliwa (prowadzi paliwo powrotne i wyciekające z wtryskiwaczy, pompy wysokociśnieniowej i filtra z powrotem do zbiornika paliwa). Paliwo powrotne/wyciekowe jest niezbędne do chłodzenia i smarowania odpowiednich części. W ten sposób ciepło jest odprowadzane do zbiornika.
Sekcja wysokociśnieniowa składa się z następujących części:
- Wysokociśnieniowe przewody paliwowe (tymi przewodami paliwo dostarczane jest z pompy wysokociśnieniowej do wtryskiwaczy. Wszystkie przewody muszą mieć tę samą długość i grubość, aby uniknąć różnic ciśnień)
- Pompa wysokiego ciśnienia (paliwo pompowane z pompy tłoczącej do pompy wysokiego ciśnienia jest stąd pompowane przewodami paliwowymi wysokiego ciśnienia do wtryskiwaczy)
- rozpylacz (wtrysk paliwa do cylindra po osiągnięciu ciśnienia otwarcia)
Proces wtrysku:
Czas pomiędzy wtryskiem paliwa a faktycznym spalaniem nazywany jest czasem opóźnienia. Małe kropelki paliwa wtryskiwane przez wtryskiwacz muszą przejść w postać gazową. Przejście to jest możliwe dzięki wysokiej temperaturze w komorze spalania (którą osiąga się poprzez końcowe ciśnienie sprężania lub świecę żarową podczas rozruchu). Czas ten powinien być jak najkrótszy, w przeciwnym razie będzie to miało wpływ na spalanie. Oznacza to również, że silnik będzie pracował gorzej i będzie dostępna mniejsza moc.
Poniższy obraz przedstawia cały proces wtrysku.
Stukanie w Dieslu:
Pomiędzy początkiem wtrysku (patrz A na obrazku powyżej) a początkiem spalania (C) upływa kilka milisekund. Bardzo małe kropelki paliwa wtryskiwane przez wtryskiwacz (mgła paliwowa) muszą najpierw zostać doprowadzone do temperatury, zanim będą mogły przekształcić się w parę. Zewnętrzna część kropelki paliwa najpierw zmienia się w postać gazową, a następnie stopniowo się pali. Pozostałe pozostałości kropli następnie samoistnie zapalają się i powodują rozpoznawalny dźwięk silnika; stukanie diesla. Jest to niekontrolowane spalanie, które może wystąpić w niewłaściwym momencie.
Następujące rzeczy mogą powodować stukanie w silniku Diesla:
- Wadliwe atomizery (kropla lub słaba atomizacja ze zbyt dużymi kropelkami)
- Uszkodzona pompa wtryskowa (uszkodzone zawory tłoczne lub tłoki)
- Paliwo (obecność wody, za niska liczba cetanowa, powietrze w paliwie
- Silnik (za niskie ciśnienie końcowe sprężania, świece żarowe nie działają)
- Nieprawidłowe ustawienie rozrządu pompy paliwa
