[ALL] Silnik diesla - zasada działania

[CYRULIK]

Artykuł ten jest na licencji GNU Free Documentation License. Został napisany w oparciu o artykuł “Silnik wysokoprężny” z serwisu Wikipedia.



Silnik diesla (wysokoprężny) — silnik cieplny spalinowy o spalaniu wewnętrznym, w którym spalanie inicjowane jest po przekroczeniu krytycznego ciśnienia a jednocześnie temperatury zapłonu wzrastającej wraz z ciśnieniem, przy której następuje samozapłon paliwa. Ciśnienie maksymalne czynnika jest znacznie większe, niż w silnikach niskoprężnych (z zapłonem iskrowym), a do zapłonu paliwa nie jest wymagane żadne zewnętrzne źródło energii.

W powszechnie stosowanych silnikach paliwo wtryskiwane jest do komory wstępnej, komory wirowej lub bezpośrednio do cylindra. W silnikach z komorą wstępną i wirową stosuje się zwykle świece żarowe, których żarzenie (rozgrzane do czerwoności) wspomaga wystąpienie samozapłonu w zimnym silniku. Występuje tu bowiem silniejsze chłodzenie sprężanego powietrza od chłodnych ścianek cylindra i głowicy, niż w przypadku silnika z wtryskiem bezpośrednim. Nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne (pompowtryskiwacze, system common-rail) takich świec zasadniczo nie wymagają.



Zasada działania silnika diesla
Ssanie
Do cylindra, w wyniku przesuwania się tłoka i wystąpienia dzięki temu podciśnienia, zasysane jest z otoczenia czyste powietrze. Suw ssania kończy się zamknięciem zaworu ssącego (silnik czterosuwowy) lub przesłonięciem kanału dolotowego (silnik dwusuwowy).

Sprężanie
Zassane do cylindra powietrze (o temperaturze zbliżonej do temperatury otoczenia) jest następnie sprężane w wyniku ruchu tłoka w stronę głowicy przy zamkniętych zaworach. Podczas sprężania rośnie intensywnie temperatura powietrza do bardzo wysokiej wartości.



Praca
Temperatura powietrza pod koniec sprężania jest tak wysoka, że możliwy jest zapłon gazowej mieszaniny paliwowo-powietrznej. Mieszanina ta powstaje w wyniku wtryśnięcia paliwa do przestrzeni nad tłokiem znajdującym się w pobliżu górnego martwego położenia. Paliwo wtryskiwane jest pod bardzo wysokim ciśnieniem, dzięki czemu uzyskuje się dobre rozpylenie paliwa. Bardzo małe krople paliwa otoczone gorącym powietrzem szybko odparowują, a pary paliwa, dzięki dużej turbulencji, dobrze mieszają się z powietrzem tworząc jednorodny gaz palny. Gaz ten ulega samozapłonowi wywołanemu wysoką temperaturą. W wyniku spalania silnie rośnie temperatura gazu. Spalanie rozpoczyna się, gdy tłok znajduje się w pobliżu górnego położenia zwrotnego tłoka. Początkowo, wraz ze wzrostem temperatury, rośnie także ciśnienie czynnika, lecz wzrost prędkości poruszania się tłoka powoduje, że ciśnienie zacznie maleć, a rosnąć będzie objętość właściwa gazu. Spalanie skończy się jeszcze w czasie ruchu tłoka w stronę wału korbowego.

Wydech
Gdy tłok znajduje się w pobliżu dolnego martwego położenia, następuje otwarcie zaworu wylotowego. Ponieważ ciśnienie gazu w cylindrze jest wyższe, od ciśnienia otoczenia, więc następuje wylot gazu do otoczenia. Zawór ten jest otwarty także podczas ruchu tłoka w kierunku głowicy, i prawie wszystkie gazy spalinowe zostają wydalone z cylindra.
Paliwa do silnika diesla
Paliwem spalanym w silniku wysokoprężnym jest zwykle olej napędowy lub (w przypadku wolnobieżnych silników wielkogabarytowych) mazut. Istotną cechą paliw dla silników wysokoprężnych jest liczba cetanowa, która świadczy o zdolności do samozapłonu. Paliwem alternatywnym do silników wysokoprężnych może być również zużyty lub świeży olej roślinny (np. olej rzepakowy), niestety, jego liczba cetanowa jest niska co jest istotną wadą. Znacznie lepsze są estry z olejów roślinnych (tzw. biodiesel). Zużycie tego paliwa jest wyższe o kilka procent, co wynika z mniejszej wartości opałowej niż oleju napędowego. Warto wspomnieć, że pierwszy silnik wysokoprężny, zbudowany przez Rudolfa Diesla zasilany był olejem arachidowym.

Parametry silnika diesla
Stopień sprężania - od 12 do 25,
Ciśnienie sprężania - od 30 do 50 barów,
Ciśnienie spalania - od 50 do 80 barów,
Ciśnienie wtrysku paliwa - od 80 do 220 barów.
Wady i zalety silnika diesla
Większa emisja tlenków azotu NOx w porównaniu do silników z zapłonem iskrowym i trójdrożnym katalizatorem spalin,
Emisja cząstek stałych jeśli silnik nie jest wyposażony w filtr cząstek stałych,
Większe koszty produkcji silników niż silników benzynowych,
Większy hałas i ciężar, niż silników benzynowych o tej samej mocy,
Ograniczona maksymalna prędkość obrotowa spowodowana opóźnieniem zapłonu,
Większe wymagania co do własności własności olejów silnikowych.
Większa sprawność konwersji energii chemicznej paliwa, a dzięki temu mniejsze zużycie paliwa i emisja dwutlenku węgla,
Możliwość zastosowania łatwiejszego w produkcji i tańszego paliwa,
Większa niezawodność pracy silnika,
Większa żywotność silnika.