AutoExpert
Reklama
Reklama

Problem zapłonu

Preview
Bosch
Maciej Blum
14.6.2021
Reklama
Reklama

Silnik Diesla, aby mógł swobodnie wystartować, potrzebuje zmagazynowania pewnej ilości ciepła, od której będzie w stanie zainicjować spalanie wtryśniętego do cylindra paliwa. Zadanie wstępnego podgrzania mieszanki paliwowo-powietrznej w tym momencie przejmuje świeca żarowa.

 

  • Samozapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje dopiero po przekroczeniu temperatury około 750°C.
  • Oprócz dostarczania energii do silnika, olej napędowy smaruje części układu wtryskowego czyli pompę wtryskową, pompę wysokiego ciśnienia i wtryskiwacze lub pompowtryskiwacze.
  • Wtryskiwane paliwo w tej temperaturze zaczyna gwałtownie parować i w tym momencie zaczyna się jego zapłon. Ciepło świecy żarowej inicjuje w tym momencie zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej.
  • Tlenki azotu tworzą się podczas spalania paliwa z nadmiarową ilością powietrza, czyli podczas spalania mieszanki ubogiej.
  • Opóźniony zapłon wynika z nierównomiernej propagacji płomienia w komorze spalania oraz temperatury paliwa i powietrza.

 

Silnik Diesla jest z założenia silnikiem o zapłonie samoczynnym – a przynajmniej przez zdecydowaną większość czasu. W okresie zimowym lub przy niskich temperaturach obroty silnika nadane przez rozrusznik w trakcie uruchamiania nie są na tyle wysokie, aby dostatecznie rozgrzać powietrze w cylindrze do osiągnięcia temperatury, w której zapali się mieszanka stworzona z tego powietrza i paliwa wtryśniętego przez wtryskiwacz. Dodatkowo zasysane z zewnątrz chłodne powietrze skutecznie tę temperaturę obniża.

Samozapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje dopiero po przekroczeniu temperatury około 750°C. Podczas uruchamiania silnika wartość taka jest nieosiągalna jest nieosiągalna i konieczne staje się sztuczne jej wytworzenie. Podczas pracy silnika – kiedy obroty są wyższe i kompresja na prawidłowym poziomie – sprężanie powietrza w cylindrze powoduje tak nagły przyrost temperatury, że mieszanka zapala się samoczynnie.

Reklama

Właściwości oleju napędowego

Reklama

Liczba cetanowa

Oprócz dostarczania energii do silnika, olej napędowy smaruje części układu wtryskowego czyli pompę wtryskową, pompę wysokiego ciśnienia i wtryskiwacze lub pompowtryskiwacze. Ważną cechą tego paliwa jest odporność na samozapłon, czyli zbyt wczesne pojawianie się płomienia, podczas sprężania mieszanki. Tę odporność charakteryzuje liczba cetanowa.
Liczba cetanowa oleju napędowego powinna mieścić się w przedziale 40–60. Przyjmuje się, że bardzo korzystnie jest, jeśli paliwo ma liczbę cetanową zbliżoną do 50. Paliwa o niskiej liczbie cetanowej w okolicach 40 powodują twardą pracę silnika, mniejszą moc oraz emisję niespalonych węglowodorów. Oleje napędowe o liczbie cetanowej zbliżonej do 60 powodują także pogorszenie procesu spalania i wzrost zużycia paliwa. Oleje napędowe z polskich rafinerii mają gwarantowaną liczbę cetanową większą od 46.
Stosowany czasami do zasilania silników Diesla olej opałowy charakteryzuje się liczbą cetanową na poziomie 20, co dyskwalifikuje go jako paliwo w nowoczesnych silnikach Diesla. Oprócz zbyt małej liczby cetanowej, olej opałowy zawiera szereg substancji smolistych, żywic, laków, które podczas spalania wytworzą duże ilości oleistego nagaru zalegającego na zaworach i w układzie wydechowym.

 

Po co są świece żarowe?

Do uruchomienia zimnego silnika prowadzą praktycznie dwie drogi. Jedna z nich to podgrzanie zasysanego powietrza, a druga, to umieszczenie źródła ciepła w komorze spalania. W powszechnie użytkowanych silnikach samochodowych jako pomoc w uruchomieniu ich na zimnie dobrze sprawdzają się świece żarowe w formie wkręcanych trzpieni grzewczych. Świeca żarowa działa na zasadzie oporowej, czyli podczas startu silnika doprowadzane jest do niej napięcie elektryczne, które przepływając przez element grzewczy rozgrzewa go do temperatury około 850°C. Wtryskiwane paliwo w tej temperaturze zaczyna gwałtownie parować i w tym momencie zaczyna się jego zapłon. Ciepło świecy żarowej inicjuje w tym momencie zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej.

Tworzenie mieszanki w cylindrze musi przebiegać bardzo szybko. Wynika to z bardzo małej dostępności odpowiednich do spalania warunków, czyli pozycji tłoka oraz odpowiedniego ciśnienia w cylindrze. Dodatkowo przebieg spalania może zostać utrudniony przez zmienną w czasie liczbę obrotów, jaka występuje podczas jazdy. Z tego powodu tworzenie mieszanki ma decydujący wpływ na skład i jakość powstających podczas spalania spalin. Ponieważ w silniku Diesla nie tworzy się równomierna mieszanka paliwowo-powietrzna, mówimy tu o mieszance heterogenicznej, czyli takiej, której stosunek masowy paliwa do powietrza zmienia się w trakcie pracy. Ze względu na sposób dostarczania paliwa i powietrza do cylindra silnik Diesla zawsze pracuje na mieszance zubożonej, co oznacza, że w skrajnych przypadkach wartość lambda waha się od 8 na biegu jałowym do 1,2–1,8 przy pełnym obciążeniu.

Analizując te informacje oraz kształt stożka wtryśniętego paliwa, można dojść do wniosku, że w cylindrze występują strefy ze zubożoną oraz wzbogaconą mieszanką. Zubożona występuje w okolicach ścianek cylindra i na zewnątrz stożka wtryskiwanego paliwa, natomiast mieszanka wzbogacona – wewnątrz stożka wtryskiwanego paliwa.

Jakie są szkodliwe składniki spalin?

W miejscu występowania mieszanki zubożonej następuje całkowite spalanie paliwa, co generuje najmniejsze ilości tlenku węgla (CO) oraz węglowodorów (HC). Inaczej jest w centrum stożka wtryskiwanego paliwa. Tam spalanie następuje wolniej ze względu na niedobór powietrza. To prowadzi do niepełnego spalenia i pozostawienia w cylindrze niedopalonych węglowodorów, które w postaci sadzy są przekazywane do układu wydechowego.

Podczas spalania oleju napędowego powstają dwa rodzaje składników spalin:
– związki nieszkodliwe:

  • tlen (O2),
  • azot (N2),
  • para wodna (H2O),
  • dwutlenek węgla (CO2),
  • gazy szlachetne;

– związki szkodliwe:

  • tlenek węgla (CO),
  • tlenki azotu (NOX),
  • sadza (PM),
  • dwutlenek siarki (SO2),
  • węglowodory (HC).

 

Preview
Skład spalin silnika wysokoprężnego. © autoEXPERT

 

Związki szkodliwe powstają podczas spalania w szczególnych momentach. Tlenki azotu tworzą się podczas spalania paliwa z nadmiarową ilością powietrza, czyli podczas spalania mieszanki ubogiej. Czasami temperatura spalania może osiągnąć 2500°C, co powoduje reakcję tlenu z azotem zawartym w powietrzu (należy pamiętać, że 78% składu powietrza to azot). Redukcję powstawania tlenków azotu w powietrzu osiąga się przez zmniejszanie temperatury spalania za pomocą układu recyrkulacji spalin. Obniża ona temperaturę spalania nawet o 500°C, co jest równoznaczne nawet z 60-proc. redukcją powstawania tlenków azotu. Kolejną redukcję związków szkodliwych w spalinach osiąga się za pomocą katalizatorów, które zamieniają tlenek węgla (CO) oraz węglowodory (HC) w dwutlenek węgla (CO2) oraz parę wodną (H2O). Taka zamiana jest możliwa już przy temperaturze katalizatora na poziomie 180°C, natomiast jej największą skuteczność notuje się przy temperaturze 240°C.

Co stuka przy uruchamianiu zimnego silnika?

Twardy (stukający) sposób pracy silnika Diesla przy starcie na zimno wynika ze spalania detonacyjnego powstałego przy opóźnionym zapłonie mieszanki. Opóźniony zapłon wynika z nierównomiernej propagacji płomienia w komorze spalania oraz temperatury paliwa i powietrza. Im zimniej, tym przy uruchamianiu silnika będą słyszalne głośniejsze stuki. Świeca żarowa przyspiesza rozgrzewanie się silnika oraz także pomaga w bardziej równomiernym spalaniu się mieszanki w cylindrze. Niebiesko-biały dym z rury wydechowej świadczy też o znacznym opóźnieniu zapłonu, które wpływa na niekompletne spalanie się mieszanki. To z kolei obniża temperaturę w cylindrze. Dogrzewanie świec żarowych po uruchomieniu silnika zapobiega więc powstawaniu tego rodzaju zadymienia, ponieważ skutecznie pomaga dopalić mieszankę w cylindrze.

Reklama

O Autorze

Maciej Blum

Redaktor naczelny miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama