Prezentacje wykonali : Marcin Fedak ,Grzegorz Nowak ,Bartosz Potylicki, Remigiusz Zasada
SLAJD 1 Tendencje rozwojowe silników ZS
Silnik o zapłonie samoczynnym (znany powszechnie jako silnik wysokoprężny lub silnik Diesla, ZS) - silnik cieplny spalinowy tłokowy o spalaniu wewnętrznym, w którym ciśnienie maksymalne czynnika jest znacznie większe, niż w silnikach niskoprężnych (z zapłonem iskrowym), a do zapłonu paliwa nie jest wymagane żadne zewnętrzne źródło energii, ma miejsce zapłon samoczynny.
SLAJD 2 Pierwszy silnik wysokoprężny
Silnik wysokoprężny został wynaleziony w 1892 roku przez Rudolfa Diesla. W czasie jego rozwoju zostały przetestowane różne materiały konstrukcyjne. Był powodem ciągłego rozwoju technik bezpośredniego wtrysku paliwa do cylindra, później przeniesionych do silników benzynowych. W początkowym okresie rozwoju największe problemy wynikały z niedokładności wykonania wtryskiwaczy.
SLAJD 3 DATY
1897 - Prace rozwojowe silnika doprowadziły do uzyskania silnika o stosunkowo dobrych własnościach eksploatacyjnych,
1902-1910 firma MAN wyprodukowała 82 stacjonarne silniki wysokoprężne DM12,
1908 - Uzyskanie wystarczająco precyzyjnej pompy wtryskowej oraz zastosowanie komory wstępnej,
1910 - Zastosowanie pierwszego silnika wysokoprężnego do napędu statków, i rozpoczęcie powolnego wypierania napędu parowego,
1923 - Pierwszy ciągnik i ciężarówka napędzana silnikiem wysokoprężnym,
1934 - Pierwszy czołg z napędem diesla (7 TP - Polski Lekki Czołg),
1936 - Pierwsze zastosowania w samochodach osobowych,
1937 - Pierwsze zastosowania do napędu samolotów, (Junkers)
1968 - Zastosowanie silnika wysokoprężnego ustawionego poprzecznie przez Peugeota w modelu 204.
1985 - FIAT jako pierwszy prezentuje samochód z doładowanym silnikiem wysokoprężnym z bezpośrednim wtryskiem (Croma TDI), i tym samym narzuca kierunek rozwoju silników wysokoprężnych,
1989 - silnik wysokoprężny z wtryskiem bezpośrednim (Audi 100 2.5 TDI) zastosowany w produkcji wielkoseryjnej samochodów osobowych,
1993 - FIAT patentuje i wprowadza na rynek technologię common rail,
2004 - W krajach Europy zachodniej udział nowo rejestrowanych samochodów z silnikiem wysokoprężnym przekracza 50%.
SLAJD 4 Zasada działania silnika Diesla
1 - korpus, 2 - głowica, 3 - zawór dolotowy, 4 - wtryskiwacz, 5 - zawór wylotowy, 6 - komora spalania, 7 - tłok, 8 - korbowód, 9 - wał korbowy.
SLAJD 5 Napełnianie
Tłok przemieszcza się w dół, ciągnięty przez korbowód. Objętość komory spalania wzrasta, co stwarza podciśnienie. Powietrze przez zawór dolotowy jest wsysane do komory spalania. Wał korbowy obraca się zgodnie z ruchem z wskazówek zegara.
Po napełnieniu całego cylindra tłok zatrzymuje się w dolnym martwym położeniu. Wał korbowy obraca się dalej i po chwili tłok zacznie się unosić, co pozwoli na przejście do kolejnego etapu cyklu.
SLAJD 6 Sprężanie
Tłok zaczyna przemieszczać się do góry, co pociąga za sobą zmniejszenie objętości komory spalania, sprężenie powietrza i jednocześnie gwałtowny przyrost temperatury. W tym etapie uruchamiany jest wtryskiwacz, który wtryskuje pod wysokim ciśnieniem odpowiednio dobraną dawkę paliwa.
Tłok zatrzymuje się w górnym martwym położeniu. W tym momencie następuje bardzo istotne zjawisko - mieszanka par paliwa i powietrza , w wyniku wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury, ulega samozapłonowi i zaczyna się spalać.
SLAJD 7 Rozprężanie - suw pracy
Spalana mieszanka wywiera potężny nacisk na denko tłoka i odpycha go w dół. Siła nacisku jest przekazywana przez tłok na korbowód, który wymusza obrót wału korbowego.
Wraz ze wzrostem objętości komory spalania ciśnienie maleje aż do osiągnięcia przez tłok dolnego martwego położenia.
SLAJD 8 Opróżnianie
W tym suwie otwierany jest zawór wylotowy i gorące są wypychane z komory spalania przez przemieszczający się do góry tłok. Cykl spalania jest zakończony. Po osiągnięciu górnego martwego położenia tłoka nastąpi ponownie suw napełniania i cykl będzie realizowany po raz kolejny.
SLAJD 9 Dwusuw praktycznie nie jest wykorzystywany w samochodach, dwusuwy wolnoobrotowe stosowane są w statkach
Suw sprężania - w pierwszej etapie suwu sprężania dochodzi do przepłukania powierzchni roboczej silnika (1). Potem spaliny, które powstały we wcześniejszym cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy (2), równocześnie do powierzchni roboczej przez kanał międzykomorowy (3) płynie mieszanina paliwowa uzbierana poprzednio w przestrzeni korbowej silnika (4). W dalszym etapie suwu sprężania tłok (5), który pełni również rolę zaworu, zamyka kanał wydechowy oraz międzykomorowy, odsłaniając równocześnie kanał ssący (6). W momencie sprężania paliwa w komorze spalania, nowa porcja mieszanki paliwowej spływa przez kanał ssący do powierzchni korbowej silnika.
Suw pracy - Zanim dojdzie do górnego martwego pozycja tłoka następuje zapłon paliwa, które szybko się rozprężając sprawia tłok w ruch w dół do dolnego krańcowego położenia. W końcowym etapie tego suwu odsłaniany jest kanał wydechowy i spaliny opuszczają obszar roboczy. Cykl się powtarza.
SLAJD 10 Cykl Diesla (obieg Diesla)
Cykl Diesla (obieg Diesla) to prawobieżny obieg termodynamiczny złożony z czterech następujących po sobie przemian charakterystycznych: dwóch adiabat odwracalnych (będących jednocześnie izentropami), izobary i izochory. Obieg Diesla nie jest obiegiem porównawczym silnika wysokoprężnego (silnika Diesla). Obiegiem porównawczym jest obieg Sabathé.
SLAJD 11 Obieg SABATHE
W obiegu tym ciepło dostarczane jest zarówno poprzez izobaryczne jak i izochoryczne podgrzewanie. Obieg Sabathè najczęściej stosowany jest w odniesieniu do szybkoobrotowym silników z zapłonem samoczynnym, choć może być również używany przy opisie silników z zapłonem iskrowym. Ciepło jest oddawane poprzez izochoryczne oziębianie.
SLAJD 12 System zasilania silników ZS dzieli się na trzy układy. -
SLAJD 13 W skład typowego układu zasilania o zapłonie samoczynnym wchodzą następujące zasadnicze elementy:
SLAJD 14 Schemat układu zasilania silnika o zapłonie samoczynnym:
Pompa podająca
Zbiornik paliwa
Filtr
Pompa wtryskowa
Wtryskiwacze
Przewody przelewowe
Regulator predkości obrotowej
SLAJD 15 Jak już wymieniliśmy poprzednio głównymi elementami silników ZS są PREZENTACJA
Zbiorniki paliwa silników o zapłonie samoczynnym mają zbliżoną konstrukcję do zbiorników silników o zapłonie iskrowym. Silniki wysokoprężne zaopatrzone są jednak znacznie częściej w zbiorniki podwójne (samochody ciężarowe dużej ładowności i autobusy). Poza tym ze względu na stosunkowo wysoką temperaturę krzepnięcia oleju napędowego w zimniejszych strefach klimatycznych stosuje się ocieplanie zbiorników lub ogrzewanie paliwa w przewodzie przelewowym za pomocą podgrzewania gazami wydechowymi.
SLAJD 16 Pompa podająca
Pompa podająca przetłaczająca olej napędowy ze zbiornika do pompy wtryskowej jest najczęściej częścią składową tej pompy i wobec tego nie wymaga osobnego miejsca na silniku. Jest to zwykle pompa tłoczkowa, zamontowana na zewnątrz pompy wtryskowej i napędzana mimośrodem umieszczonym na wałku krzywkowym pompy wtryskowej. W małych silnikach stosowane są także przeponowe pompy paliwa o takiej samej konstrukcji, napędzie i sposobie umieszczenia na silniku jak w układach zasilania silników o zapłonie iskrowym.
Dla zapewnienia stałego ciśnienia suw tłoczenia w pompie odbywa się pod działaniem sprężyny, zaś suw ssania tłoka pod wpływem działania mechanicznego krzywki. Pompa z zasady zaopatrzona jest w zgrubny siatkowy filtr paliwa i osadnik, oraz w dodatkowe urządzenia pozwalające na ręczne pompowanie paliwa w przypadku zapowietrzenia się układu.
SLAJD 17 Filtr paliwa
1 Komora wstępnego oczyszczania
2 Komory dokładnego oczyszczania
3 Wkład filtrujący filcowy
4 Wkład filtrujący papierowy
5 Zawór przelewowy
6 Osadnik filtru
7 Uszczelka
Olej napędowy do pompy wtryskowej musi być zupełnie czysty, gdyż nawet bardzo drobne zanieczyszczenia mogą uszkodzić lub przyspieszyć zużycie pompy wtryskowej i rozpylaczy we wtryskiwaczach. Dlatego poza filtrem siatkowym i osadnikiem zamontowanymi na pompie podającej, stosowane są przeważnie dwa lub trzy filtry dokładnego oczyszczania paliwa, pracujące szeregowo i umieszczone w połączonych obudowach. Najczęściej pierwszy filtr zawiera wkład filtrujący filcowy, a następne wkłady papierowe.
Filtry paliwa muszą być umieszczone w łatwo dostępnym miejscu na silniku, lub pod maską silnika, aby ułatwić wymianę elementu filtrującego oraz odpowietrzenia filtrów.
SLAJD 18 Zespół tłoczący pompy wtryskowej z obracanymi tłoczkami firmy Maier i Friedman
Krzywka
Tłoczek
Cylinderek
Kanały paliwowe
Zawór tłoczny
Zadaniem pompy wtryskowej jest dostarczenie do wtryskiwaczy dokładnie odmierzonych dawek paliwa pod wymaganym ciśnieniem (rzędu kilkudziesięciu tysięcy kilopaskali). Wielkość tych dawek oraz chwile ich wtryskiwania zależą od chwilowych warunków pracy silnika.
Obecnie stosuje się pompy wtryskowe tłoczkowe. Jeżeli każdy z cylindrów silnika jest zasilany oddzielną sekcją pompy wtryskowej, pompę taką nazywa się wielosekcyjną. Jeżeli wszystkie cylindry silnika są kolejno zasilane jedną sekcją pompy, pompę nazywa się jednosekcyjną z rozdzielaczem.
Większość używanych w kraju wielocylindrowych silników o zapłonie samoczynnym ma pompy wielosekcyjne. Pompy jednosekcyjne prawie wyłącznie stosuje się w silnikach jednocylindrowych. Najczęściej stosuje się pompy wtryskowe z obracanymi tłoczkami. Pompa taka działa następująco. Napędzany mechanicznie wałek krzywkowy krzywkami 1 wymusza postępowo-zwrotny ruch tłoczka 2 w cylinderku 3. Podczas ruchu tłoczka ku dołowi do cylinderka 3 jest zasysane paliwo, dostarczane przez pompę zasilającą. Podczas ruchu tłoczka ku górze paliwo jest wytłaczane z cylinderka pompy przez sprzężony zawór tłoczny 5 do przewodu wysokiego ciśnienia. Tym przewodem paliwo płynie do wtryskiwacza. Zawór 5 jest tak wyregulowany, że otwiera się dopiero po wytworzeniu przez tłoczek wystarczająco wysokiego ciśnienia. Nadmiar paliwa jest odprowadzany otworem przelewowym 4.
SLAJD 19 Zasadę działania pompy wtryskowej z obracanymi tłoczkami firmy Maier i Friedman
Zasadę działania pompy tego typu przedstawia rysunek poniżej. Kształt tłoczka jest widoczny na rysunku a. W czasie ruchu tłoczka ku dołowi do cylinderka przez otwór dolotowy 1 jest zasysane paliwo (rysunek b). W pierwszej fazie ruchu tłoczka ku górze jego główna krawędź zasłania otwory dolotowy 1 i przelewowy 2. Rozpoczyna się wytłaczanie paliwa do wtryskiwacza (rysunek c). W końcowej fazie ruchu ku górze dolna krawędź śrubowego wycięcia na tłoczku odsłania otwór przelewowy 2, powodując zakończenie tłoczenia (rysunek d). Do wtryskiwacza została podana określona dawka paliwa.
SLAJD 20 Mechanizm obracania tłoczka pompy wtryskowej
1Listwa zębata
2Koło zębate
3Tuleja
4Występy
5Tłoczek
SLAJD 21 Pompa wtryskowa firmy Bosch
SLAJD 22 Pompa wtryskowa silnika sześciocylindrowego
1 Pompa wtryskowa
2 Pompa zasilająca
3 Regulator prędkości obrotowej
4 Przewody wysokociśnieniowe
5 Przestawiacz kąta wtrysku
SLAJD 23 Wtryskiwacz firmy Maier i Friedman:
Zadaniem wtryskiwacza jest wtryśnięcie do komory spalania podanej przez pompę wtryskową dawki paliwa oraz jej jednoczesne rozpylenie w sposób zapewniający najkorzystniejsze warunki spalania.
1Korpus 2 Sprężyna3Końcówka 4Nakrętka 5Popychacz 6Śruba regulacyjna 7Przewód wysokociśnieniowy 8Iglica 9Kapturek 10Komora końcówki wtryskiwacza
SLAJD 25 Wtryskiwacze standardowe
Paliwo pod ciśnieniem przedostaje się kanałem od otworu dopływowego w korpusie wtryskiwacza przez otwór we wkładce pod przylgnię igły (gniazdo) w korpusie rozpylacza. Wtrysk następuje w chwili, gdy ciśnienie paliwa jest na tyle wysokie, że jest w stanie pokonać siłę sprężyny i unieść igłę rozpylacza. Paliwo jest wtryskiwane kanalikami wtryskowymi do komory spalania. Wtrysk kończy się, gdy ciśnienie paliwa spadnie na tyle, że sprężyna dociśnie igłę rozpylacza do gniazda przylgni. Początek wtrysku jest zatem sterowany ciśnieniem paliwa.
1. - filtr szczelinowy 2. - kanał dopływowy 3. - czop naciskowy 4. - wkładka 5. - nakrętka 6. - obsadka rozpylacza 7. - korpus rozpylacza 8. - kołki pozycjonujące 9. - sprężyna 10. - podkładka regulacyjna 11. - kanal odprowadzenia przecieków 12. - króciec odprowadzenia przecieków 13. - korpus wtryskiwacza 14. - złącze gwintowe 15. - stożek uszczelniający
SLAJD 26 wtryskiwacz dwusprężynowy
Bardziej zaawansowaną konstrukcją jest wtryskiwacz dwusprężynowy, umożliwiający realizowanie wtrysku wstępnego w celu redukcji hałasu, szczególnie na biegu jałowym oraz przy obciążeniach częściowych.
1. - korpus wtryskiwacza 2. - podkładka regulacyjna 3. - pierwsza sprężyna 4. - swożeń naciskowy 5. - podkładka prowadząca 6. - druga sprężyna 7. - popychacz 8. - talerzyk sprężynkowy 9. - podkładka regulacyjna 10. - wkładka 11. - tulejka oporowa zderzaka 12. - igła rozpylacza 13. - nakrętka mocująca 14. - korpus rozpylacza h1 - skok wstępny
h2 - skok główny
SLAJD 27 Common rail - wtryskiwacze elektromagnetyczne
A - wtryskiwacz zamknięty
B - wtryskiwacz otwarty
1. - króciec przelewu paliwa 2. - złącze elektryczne 3. - cewka elektromagnesu 4. - złącze dopływu paliwa wysokiego ciśnienia z zasobnika 5. - kulka kotwicy zaworu 6. - dławik odpływowy 7. - dławik dopływu 8. - komora sterująca zaworu 9. - tłoczek sterujący zaworu 10. - kanal dopływu paliwa do rozpylacza 11. - igła rozpylacza
Układ wtryskowy Common Rail umożliwia rozdzielenie funkcji wytwarzania wysokiego ciśnienia i realizowania wtrysku paliwa. Dzięki temu zapewnia on znacznie większą elastyczność i dostosowanie układu wtryskowego do silnika w porównaniu z konwencjonalnymi układami z napędem krzywkowym. Ponieważ paliwo znajduje się w zasobniku stale pod wysokim ciśnieniem, możliwe jest dowolne modelowanie wtrysku poprzez wysyłanie impulsów do sterowanych elektromagnetycznie wtryskiwaczy. Sterownik zasilając prądem zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza uruchamia rozpylacz (początek wtrysku). Po wyłączeniu zasilania elektrycznego wtrysk zostaje zakończony. Wtryśnięta dawka paliwa jest proporcjonalna, przy danym ciśnieniu, do czasu włączenia zaworu elektromagnetycznego, ale jest niezależna od prędkości obrotowej silnika lub pompy wtryskowej. W nowszych generacjach CR pozwala to na wykonanie kilku wtrysków w czasie jednego obiegu roboczego silnika. Wpływa to na zmniejszenie zużycia paliwa, zapewnia cichszą pracę silnika i mniejszą zawartość szkodliwych substancji w spalinach. Najważniejszymi elementami układu CR są: sterownik elektroniczny, pompa wysokiego ciśnienia, zasobnik paliwa wysokiego ciśnienia i wtryskiwacze paliwa.
SLAJD 28 pompa wysokiego ciśnienia
Napędzana przez silnik, pracująca ciągle pompa wysokiego ciśnienia wytwarza wymagane ciśnienie paliwa. Zawór regulacyjny ciśnienia, w zależności od miejsca, jest wbudowany w pompę wysokiego ciśnienia lub występuje oddzielnie.
1. - wałek napędowy 2. - krzywka mimośrodowa 3. - sekcja tłocząca 4. - przestrzeń tłocząca 5. - zawór wlotowy 6. - zawór wyłączający sekcji tłoczącej 7. - zawór wylotowy 8. - uszczelnienia 9. - złącze wysokiego ciśnienia 10. - zawór regulacyjny 11. - zawór kulkowy 12. - przelew paliwa 13. - dopływ paliwa 14. - zawór bezpieczeństwa z otworem dławiącym 15. - kanał niskiego ciśnienia
SLAJD 29 zasobnik paliwa wysokiego ciśnienia
1. - zasobnik paliwa 2. - dopływ z pompy wysokiego ciśnienia 3. - czujnik ciśnienia w zasobniku 4. - zawór regulacyjny 5. - przelew z zasobnika do zbiornika 6. - ogranicznik przepływu 7. - przewód do wtryskiwacza
SLAJD 30 Pompowtryskiwacz w 12-cylindrowym silniku Diesla
Pompowtryskiwacz - urządzenie do hydraulicznego wtrysku paliwa w silniku o zapłonie samoczynnym.Pompowtryskiwacz składa się z cylindra, w którym ruch posuwisto-zwrotny odbywa tłok-iglica. W cylindrze, przy stożku iglicy, znajduje się komora pompowtryskiwacza, a wzdłuż cylindra jest układ przewodów (kanalików) doprowadzających wstępnie sprężone paliwo.
SLAJD 31 zasada działania sterowanej krawędzią osiowej, rozdzielaczowej pompy wtryskowej
Pompy rozdzielaczowe występują w dwóch odmianach jako osiowe i promieniowe. Jednymi z najczęściej spotykanych pomp wtryskowych są modele o oznaczeniach VP 30 (osiowa) i VP 44 (promieniowa) wyprodukowane przez firmę Bosch.
1. - kierunek przestawiania wtrysku na pierścieniu rolkowym 2. - rolka 3. - tarcza skokowa 4. - tłokorozdzielczacz 5. - suwak 6. - strefa wysokiego ciśnienia 7. - doprowadzenie paliwa do rozpylacza 8. - okienko sterujące
SLAJD 32 Układ rozrządu PREZENTACJA
Układ rozrządu umożliwia dostarczenie ładunku (powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej) do cylindra i odprowadzenie gazów (spalin) do kanałów wylotowych.Układ rozrządu znajduje się w każdym silniku tłokowym. Tłok wykonuje ruch posuwistno-zwrotny zamieniany następnie na ruch obrotowy. W celu zapewnienia ciągłego działania silnika konieczne jest cykliczne dostarczanie substratów i usuwanie produktów reakcji spalania z cylindra.
SLAJD 38 turbosprężarka
Najprościej rzecz ujmując turbodoładowanie to zwiększenie ilości powietrza, które bierze udział w wybuchu mieszanki w cylindrze podczas pracy silnika. Jak wiadomo im więcej tlenu tym wybuch taki jest skuteczniejszy - to z kolei powoduje wzrost osiągów silnika. Zwykle wzrost osiągów pociąga za sobą nieproporcjonalnie niższe zwiększenie zużycia paliwa - co oznacza dodatkowe oszczędności.Turbodoładowaniu często towarzyszy tzw. intercooler czyli chłodnica powietrza doładowującego. Wykorzystuje ona fakt, że chłodniejsze powietrze zawiera większą ilość tlenu w jednostce objętości - przez co wtłoczenie takiej samej objętości powietrza do cylindra powoduje zwiększenie ilości tlenu, który bezpośrednio bierze udział w reakcji wybuchu mieszanki.Niestety zastosowanie turbodoładowania ma także wady - taki „mocniejszy” wybuch powoduje często konieczność wzmocnienia konstrukcji silnika. Ponadto konstrukcja silnika nieco się komplikuje i staje się droższa.
Turbosprężarka składa się w największym uproszczeniu z dwóch wirników: turbiny zasilanej gazami wylotowymi silnika, czyli spalinami; sprężarki służącej do wtłaczania powietrza do cylindra. Zastosowanie intercoolera powoduje dodatkowe schłodzenie powietrza wtłaczanego do cylindra.
Wadą turbosprężarki jest fakt jej działania dopiero wtedy, gdy siła dostarczona przez gazy wylotowe jest odpowiednio duża - a to ma niestety miejsce dopiero przy dość dużych obrotach silnika. Stąd pojęcie tzw „turbodziury”, która powstaje wtedy, gdy kierowca wciska pedał gazu i w pierwszym momencie musi zaczekać aż turbosprężarka zacznie obracać się odpowiednio szybko aby spowodować wzrost mocy silnika.
SLAJD 39 Kompresor - turbosprężarka
Kompresor zamiast turbiny wykorzystującej gazy wylotowe posiada bezpośrednie połączenie z wałem silnika (czyli zasila go sam silnik), lub zasilany jest własnym silnikiem elektrycznym.
Sama zasada działania poza wyżej wymienionym wyjątkiem pozostaje taka sama. Kompresor nie posiada wady turbosprężarki polegającej na tym, że do jego działania potrzebna jest odpowiednia siła gazów wylotowych. Kompresor działa od niższych obrotów, przez co zjawisko „turbodziury” nie występuje.
SLAJD 40 Paliwa
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. Ponadto - paliwo musi spełniać funkcje smarne w układzie wtrysku paliwa, przez co paliwa alternatywne do silników wysokoprężnych (np. zużyty lub świeży olej roślinny - zob. olej rzepakowy) do nowoczesnych systemów wtrysku się nie nadają z uwagi na groźbę zatarcia i zablokowania sadzami precyzyjnych otworków wtryskiwaczy. Ponadto jego liczba cetanowa jest niska co jest istotną wadą (zwiększa się znacznie zwłoka zapłonu i silnik wchodzi w obszar dymienia). Znacznie lepsze są estry 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.