Spalanie w silniku diesla. Cz. 1. Dlaczego diesel "klekocze"? Jakie ogranieczenia stawia proces spalania?

  Zapewne wiele osób zastanawiało się nad tym skąd bierze się charakterystyczne "klekotanie" podczas pracy silnika wysokoprężnego. Efekt klekotania jest szczególnie zauważalny w silnikach diesla o starszych konstrukcjach układu wtryskowego. Po wprowadzeniu wtrysku Common Rail, efekt klekotania jest znacznie mniej odczuwalny, jednak da się go zaobserwować.
  Chcąc wyjaśnić charakterystyczny dźwięk silnika wysokoprężnego, musimy poznać zjawiska jakie towarzyszą spalaniu mieszanki w tym silniku. Spalanie mieszaniny paliwowo-powietrznej w silnikach ZS jest procesem bardzo złożonym, który można podzielić na trzy okresy.

  Pierwszym etapem jest przygotowanie mieszanki palnej. Etap ten trwa od pojawienia się pierwszych kropel paliwa na wtryskiwaczu do chwili powstania pierwszych ognisk samozapłonu. Etap ten nazywa się OKRESEM OPÓŹNIENIA ZAPŁONU. Przygotowanie mieszanki palnej polega na nagrzaniu kropel paliwa, odparowaniu ich a następnie podgrzaniu par paliwa do temperatury samozapłonu. Proces ten jest konieczny ze względu na fakt że spalaniu ulegają pary paliwa (paliwo w postaci gazowej) a nie paliwo jako ciecz. Stąd pożądane jest uzyskanie jak najmniejszych kropel paliwa w cylindrze co zwiększa powierzchnię parowania paliwa i przyśpiesza samozapłon mieszanki jednocześnie skracając okres opóźnienia zapłonu. Pomiary wykazują że okres opóźnienia zapłonu w silnikach wynosi 0,0007s-0,003s. Patrząc na same liczby, można wnioskować że wartości te są nieznaczące dla cyklu pracy i proces ten trwa bardzo krótko. Jednak biorąc pod uwagę że gdy silnik osiąga 4000obr./min. suw pracy trwa ledwie 0,0012s, wówczas widać jak wiele czasu zabiera przygotowanie mieszanki do spalenia. Jest to jedna z przyczyn uniemożliwiających uzyskanie w silnikach diesla prędkości obrotowych większych niż 5000-5500obr./min. (w starszych konstrukcjach nawet do 3000obr./min.). Im wyższą prędkość obrotową osiąga silnik tym mniej czasu pozostaje na proces spalania. O ile inne etapy mogą przebiegać szybciej to okres opóźnienia zapłonu ma niezmienny czas trwania. Zatem czasu przygotowania mieszanki nie da się skrócić, wzrost prędkości obrotowej może doprowadzić do zadławienia się silnika. Im więcej paliwa zostanie wtryśnięte do cylindra w czasie pierwszego etapu, tym praca silnika staje się "twardsza" i bardziej hałaśliwa. Ma to miejsce w przypadku układów wtryskowych starych generacji przed pojawieniem się wtrysku typu Common Rail. Układ Common Rail umożliwia wtryskiwanie paliwa pod bardzo dużym ciśnieniem, sprzyja to lepszemu rozpyleniu paliwa oraz zmniejszeniu kropel paliwa co skutkuje szybszym odparowaniem i skróceniem okresu opóźnienia zapłonu. Ponadto, Common Rail, daje możliwość dzielenia procesu wtrysku paliwa na kilka etapów bez konieczności wtryskiwania całej dawki paliwa w jednym momencie dzięki czemu praca silnika jest bardziej "miękka" i mniej hałaśliwa ("klekotanie" jest znacznie mniej odczuwalne), takie rozwiązanie pozwala dostosować dawkę paliwa i proces wtrysku do obciążenia silnika.

  Dlaczego wzrost ilości paliwa w pierwszym etapie spalania powoduje zwiększenie hałasu generowanego przez silnik diesla oraz jakie substancje powstają w czasie spalania opiszę w kolejnej części artykułu.