- Silnik diesla to silnik spalinowy, zapalający paliwo przez kompresję.
- Początkowo był ignorowany; Rudolf Diesel w 1892 roku wprowadził koncepcję.
- W krótkim czasie napędzał ciężarówki, traktory, pociągi i statki.
- Diesel nie ma świec zapłonowych; używa świec żarowych.
El silnik diesla to silnik spalinowy, w którym paliwo jest zapalane wskutek wysokiej temperatury wytworzonej przez sprężanie powietrza niezbędnego do spalania. W tego typu silniku paliwo nie jest zapalane przy użyciu urządzenia pomocniczego, jak np. świecy zapłonowej w silnikach iskrowych. Poniżej dowiemy się wszystkiego o silniku diesla, zaczynając od jego historii.
Krótka historia silnika diesla
Początkowo, diesel był ignorowany i uznawany za odpad. Zamiast być postrzegany jako cenne źródło paliwa, traktowano go jako produkt nienadający się do niczego z procesu rafinacji ropy naftowej przez ponad 40 lat. Jednak gdy Rudolf Diesel wprowadził silnik zapłonowy w 1892 roku, była to innowacja w inżynierii, ponieważ paliwo nie musiało być zapalone przez zewnętrzne źródło.
Na początku Diesel chciał zaprojektować silnik, który działałby na węgiel w postaci proszku, amoniak lub olej arachidowy, ale odkrył, że diesel był lepszą opcją.
Zdał sobie sprawę, że aby silnik działał, diesel musiał być sprężony do wysokiej temperatury, aby zapalić się w cylindrze. Kiedy następuje spalanie, porusza tłok i powoduje uruchomienie silnika.
Sukces tego silnika w przypadku małych samochodów ewoluował również w większe pojazdy. W ciągu 20 lat od jego wynalezienia napędzał ciężarówki, traktory, pociągi i statki. Silnik był stale udoskonalany przez lata i jest nadal szeroko stosowany.
Różnice / podobieństwa między silnikiem diesla a silnikiem benzynowym
Nie możemy mówić o silniku diesla, nie porównując go z jego wielkim “rywalem”: silnikiem benzynowym. Oba mogą być porównywane z różnych punktów widzenia, które omówimy później.
Diesel a benzyna
Po pierwsze, oba silniki działają na zasadzie spalania wewnętrznego. Paliwo miesza się z powietrzem, kiedy wchodzi do silnika, a ta mieszanka jest sprężana w cylindrach silnika.
W pewnym momencie paliwo zapala się, co porusza tłok i obraca wał korbowy, który z kolei jest połączony z przekładnią i porusza kołami. Ponadto tłok porusza się w górę w cylindrze i wypycha spaliny z silnika przez rurę wydechową. Ten cykl powtarza się kilka razy na sekundę.
Im więcej cylindrów ma silnik, tym płynniej działa i więcej mocy uwalnia. Dzieje się tak, ponieważ procesy spalania zachodzą w małych odstępach czasu.
Jednak liczba cylindrów może być również wadą, ponieważ im większy, tym bardziej złożony i mechanicznie niewydajny staje się silnik. Układ cylindrów także wpływa na wydajność i poziom wibracji. Wszystkie te aspekty są prawdziwe dla obu rodzajów silników.
Główna różnica między silnikiem diesla a benzynowym polega na sposobie zapłonu paliwa w silniku. W silniku benzynowym powietrze i paliwo są sprężane, a w krytycznym punkcie cyklu świeca zapłonowa zapala mieszankę.
Z drugiej strony, silniki diesla nie są wyposażone w zwykłe świece zapłonowe, używają świec żarowych. Dlatego kiedy diesel i powietrze są wystarczająco sprężone, ekstremalna kompresja generuje wystarczająco dużo ciepła, aby mieszanka się zapaliła. Proces ten nazywany jest zapłonem przez sprężanie i stanowi podstawę działania silnika diesla.
Inną różnicą jest to, że diesel ma więcej energii potencjalnej, co oznacza, że silniki diesla potrzebują mniej paliwa na tę samą ilość kilometrów. Ponadto właściciele silników diesla mają dodatkową opcję: biodiesel, paliwo wytwarzane z surowców innych niż ropopochodne.
Moc i moment obrotowy
Efektywność silnika mierzona jest w mocy i momencie obrotowym. Pierwsza mierzy się w koniach mechanicznych, druga definiuje siłę obrotową silnika w układzie napędowym. Idealnie, oba powinny być duże. Jeśli samochód ma wiele koni mechanicznych, ale mały moment obrotowy, trudniej będzie się rozpędzić na początku.
Moment obrotowy jest główną odpowiedzialnością za ruch, dlatego silniki diesla są często używane w ciężkich pojazdach. Z drugiej strony, silniki diesla nie przyspieszają tak szybko, zatem mają mniej koni mechanicznych średnio niż silniki benzynowe. To główny powód mniejszej liczby dieslowskich samochodów sportowych.
Niezawodność
Ponieważ silniki diesla wykorzystują zapłon przez sprężanie, są bardzo potężne, niezawodne i wymagają mniej konserwacji. Z tych powodów w przeszłości silniki diesla ważyły dużo. Jednak dzięki nowoczesnym metodom produkcji waga silników diesla została znacznie zredukowana.
Dodatkowo, silniki diesla są prostsze niż silniki benzynowe, ponieważ nie używają świec zapłonowych ani systemu elektrycznego z nimi związanego. Dzisiaj samochody dieslowskie osiągają wydajność bliską osiągom silników benzynowych, ale z dużą przewagą niższego zużycia paliwa i większej niezawodności. Ogólnie rzecz biorąc, silniki diesla przewyższają silniki benzynowe pod względem liczby kilometrów/godzin między interwencjami serwisowymi. Oznacza to mniejsze wydatki.
Wtrysk
Aby silnik spalinowy działał wydajnie, paliwo i powietrze muszą być prawidłowo zmieszane. Silnik diesla ma kilka problemów z tego względu, ponieważ diesel i powietrze są wprowadzane w różnych momentach podczas cyklu.
Istnieją dwa główne podejścia do silników diesla: wtrysk bezpośredni i wtrysk pośredni.
W wtrysku pośrednim jest mała komora wirnikowa, w której wtryskiwacz rozpyla paliwo zanim dotrze do głównej komory spalania. Komora wirnikowa tworzy turbulencje w paliwie, aby lepiej mieszało się z powietrzem w komorze spalania. Wadą tego systemu: komora wirnikowa praktycznie staje się częścią komory spalania. Co to oznacza? Cała komora spalania będzie miała nieregularny kształt, co może wpływać na spalanie i wydajność.
Silnik z wtryskiem bezpośrednim nie ma komory wirnikowej. Zamiast tego paliwo trafia bezpośrednio do komory spalania. Przy projektowaniu tego silnika szczególną uwagę należy zwrócić na projekt komory spalania, aby zapewnić odpowiednią ilość spalania.
Konstrukcja
Główne komponenty dwóch typów silników są podobne i odpowiadają za te same procesy. Jednakże, elementy silnika diesla muszą być mocniejsze niż elementy silnika benzynowego z powodu większych obciążeń związanych z procesami.
Ściany bloku silnika zazwyczaj są znacznie grubsze w silnikach diesla i mają więcej amortyzatorów, aby zapewnić więcej wytrzymałości, pochłaniać uderzenia i redukować hałas bardziej efektywnie.
Ponadto, tłoki, korbowody, wał korbowy, łożyska, muszą być znacznie mocniejsze niż w silnikach benzynowych. Projekt głowicy cylindrowej musi być inny, z powodu wtryskiwaczy, ale także kształtu komór spalania.
Zanieczyszczenie i hałas
To dwa kluczowe tematy dzisiaj, gdy globalne ocieplenie i wpływ na środowisko stały się tak ważne. Zanieczyszczenie jest jednym z głównych powodów, dla których silniki diesla ledwo weszły na rynki nowych samochodów.
Na szczęście technologia diesla jest modernizowana i dziś silniki diesla są czystsze niż kiedykolwiek. Większość siarki (jeden z głównych winowajców czarnego dymu z silników diesla) została usunięta z nowych silników dzięki innowacyjnym metodom filtracji.
Silniki diesla i silniki benzynowe są porównywalne pod względem dźwięku, szczególnie jeśli uwzględnimy niewyobrażalne hałasy, jakie wydawały dekady temu samochody diesla, które rozpoznawało się z daleka.
Jak uzyskać diesel?
Obecnie istnieją dwa główne rodzaje diesla: diesel na bazie ropy naftowej (pochodzący z ropy) i biodiesel (wytwarzany z materiałów organicznych).
Diesel na bazie ropy zaczyna jako ropa naftowa, rezultat dużych ilości biomasy roślinnej i zwierzęcej, do których dodaje się procesy ciśnienia i ogrzewania. Gdy podstawowy olej jest zebrany, jest transportowany do rafinerii, gdzie przechodzi trzy główne procesy: separację, konwersję, oczyszczanie.
Proces separacji przeprowadzany jest w wysokich wieżach destylacyjnych, gdzie olej jest narażany na ekstremalne temperatury, aby wywołać jego separację na gazy i płyny.
Produkty są oddzielane w zależności od różnicy temperatur między górną a dolną częścią wieży. Podział wewnątrz wieży jest następujący: gaz propanowy u góry, diesel w środku, smary na dole.
Kolejny proces to konwersja, która polega na zastosowaniu katalizatora do ciężkich olejów w celu stworzenia więcej benzyny, diesla i propanu. Oczyszczanie to ostatni krok, który obejmuje wystawienie produktów na działanie wodoru i katalizatora w celu usunięcia siarki.
Jak uzyskać benzynę?
Podobnie jak w przypadku diesla, benzyna zaczyna swój żywot jako ropa naftowa. Jednak kiedy dociera do rafinerii, jest rafinowana w procesie zwanym destylacją frakcjonowaną. Proces ekstrakcji wykorzystuje destylację do rozłożenia ropy naftowej na różne destylaty, w tym benzynę.
Proces destylacji zaczyna się od podgrzania surowego oleju do 400 stopni Celsjusza. Ciepło sprawia, że olej przechodzi z formy ciekłej do postaci pary, która wydostaje się z pieca do wieży destylacyjnej, gdzie jest chłodzona.
Kiedy opary osiągają 150 stopni Celsjusza, węglowodory, które tworzą benzynę, zaczynają przybierać stan ciekły. Benzyna zaczyna gromadzić się na płytach destylacyjnych i jest przeszczeliwana do zbiornika magazynowego.
Surowe paliwo, które wychodzi z wieży destylacyjnej, nie jest jeszcze gotowe do trafienia na stacje benzynowe przed finalnym krokiem, czyli dodaniem niezbędnych dodatków, aby zmniejszyć emisje i zużycie.
Źródło: mechanicshub.com, carmudi.com.ph, wonderfulengineering.com, cummins.com, bbc.com, cnbc.com
