"Oni zmienili świat"- praca o wynalazcy Rudolfie Dieslu

"Strona Główna"


1. Życiorys wynalazcy
2. Rysunek wynalazku
3. Zasada działania i przeznaczenie wynalazku
4. Znaczenie wynalazku dla rozwoju współczesnego świata

" Życiorys wynalazcy"

Rudolf Christian Carl Diesel
1858 - 1913

Inżynier niemiecki, konstruktor silników spalinowych. Dorastał w Paryżu do roku 1870, kiedy to jego rodzina zmuszona była wyjechać do Anglii na skutek wybuchu wojny francusko - pruskiej. Przez pewien czas mieszkał w Londynie, skąd został wysłany do Augsburga, rodzinnego miasta ojca, w celu kontynuowania nauki. Jakiś czas później wyjechał do Monachium na studia do Technische Hochschule (Wyższej Szkoły Technicznej). Tu odnalazł swoje powołanie - studia inżynieryjne. Jako wybitnie uzdolniony student, został przedstawiony Carlowi von Linde, inżynierowi specjalizującemu się w projektowaniu i produkcji urządzeń chłodniczych, dla którego zaczął pracować w paryskiej firmie Lindego w roku 1880. Jego zadaniem było teoretyczne udoskonalenie silnika spalinowego. Poświęcił temu wiele czasu, przeprowadzając eksperymenty z zastosowaniem jako paliwa amoniaku. W końcu roku 1890 objął stanowisko inżyniera w firmie Lindego w Berlinie. W dalszym ciągu prowadził prace nad ulepszeniem silnika spalinowego. W roku 1892 uzyskał na niego patent w Niemczech, a w następnym roku opublikował pracę teoretyczną Pt: "Teorie und Konstruktion eines rationellen Waremotors". Po nieudanych próbach z silnikiem spalinowym na pył węglowy, spalany w powietrzu sprężonym do 250 atmosfer, zaczął produkować serie coraz bardziej udanych modeli przy poparciu finansowym Maschinenfabrik z Augsburga i zakładów Kruppa. W roku 1897 skonstruował wysokoprężny spalinowy silnik tłokowy o samoczynnym zapłonie, wywoływanym przez sprężenie powietrza do 3,5 MPa (35 atmosfer). Było to jego największe osiągnięcie. Ten rodzaj silnika wysokoprężnego, zwany odtąd silnikiem Diesla albo po prostu dieslem, pracował na ciężkim paliwie ciekłym (olej napędowy), w którym zapłon paliwa wtryśniętego do komory spalania następuje od powietrza nagrzanego wskutek sprężania. W tym samym roku (1897) silnik został wdrożony do produkcji. Wysokie walory techniczne tego silnika, a także zastosowanie ropy naftowej jako paliwa spowodował jego szybkie rozpowszechnienie w przemyśle i transporcie. Ostatnie lata Diesel poświęcił pracom nad konstrukcją silnika dla potrzeb żeglugi. Zginął tragicznie w 1913 roku w czasie podróży przez kanał La Manche. Jego śmierć po dzień dzisiejszy okryta jest tajemnicą.

"zasada działania"

Zasada działania i przeznaczenie wynalazku

Silnik wysokoprężny z zapłonem samoczynnym tzw. DIESEL


Ogólne wiadomości

Silnik wysokoprężny, choć z wyglądu podobny do iskrowego, różni się od niego w sposób zdecydowany, zwłaszcza systemem zasilania i spalania paliwa. W czasie suwu ssania cylinder napełniony jest filtrowanym powietrzem. uzyskuje ono temperaturę 500 - 750C. Tuż przed zwrotem zewnętrznym tłoka następuje wtrysk paliwa pod ciśnieniem ok. 120 atm. i natychmiastowy zapłon, z charakterystycznym głośnym metalicznym dźwiękiem. Energia uzyskana w procesie spalania przesuwa tłok do dołu, a przy powrocie tego elementu do góry spaliny wypychane są z cylindra do układu wydechowego. Obecnie w większości samochodów osobowych stosowany jest wtrysk pośredni do komory wstępnej, zaś w pojazdach ciężarowych dominuje wtrysk bezpośredni czyli skierowany do komory spalania wykonanej w tłoku. Ten drugi rodzaj konstrukcji odznacza się głośniejszą pracą, ale za to mniejszym zużyciem paliwa.
Silniki wysokoprężne wyposażone są w bardzo skomplikowaną, precyzyjną aparaturę wtryskową, składającą się z rzędowej lub rotacyjnej pompy oraz wtryskiwaczy. Większą popularnością cieszą się samochody z silnikami wysokoprężnymi wyposażonymi w turbosprężarkę. Napędzana jest ona spalinami i tłoczy powietrze do cylindrów pod ciśnieniem ok. 1,7 atm. Wtłaczanie większej ilości powietrza umożliwia zwiększenie dawki wtrysku, a co za tym idzie, uzyskanie większej mocy.
W najnowszych konstrukcjach powietrze nagrzewane od sprężarki kieruje się do chłodnicy i dopiero po ostudzeniu do ok. 50C do kolektora ssącego. Dzięki zmniejszeniu temperatury maleje objętość powietrza, co pozwala lepiej napełnić cylindry i osiągnąć dalszy wzrost mocy silnika. Uzyskanie bardzo wysokiego ciśnienia w silniku wysokoprężnym pociąga za sobą wiele wymagań konstrukcyjnych. Poszczególne jego części muszą być bardziej wytrzymałe niż w jednostkach o zapłonie iskrowym. Potrzebne jest też intensywne chłodzenie oraz olejenie. W wielu silnikach, zwłaszcza tych ze sprężarką, wprowadza się chłodzenie (od spodu) denka tłoka silnym strumieniem oleju, a ponadto chłodnice środka smarnego. Ostrzejsze uwarunkowania konstrukcyjne sprawiają, że "diesel" jest cięższy niż silnik benzynowy, ma większą chłodnicę, rozrusznik oraz akumulator o zwiększonej pojemności. W skład typowej instalacji paliwowej silnika z zapłonem samoczynnym wchodzą: pompa wtryskowa, wtryskiwacze, regulator prędkości obrotowej, pompa zasilająca, filtr paliwa, zbiornik paliwa oraz przewody wysokiego i niskiego ciśnienia. Pompa zasilająca zasysa paliwo ze zbiornika i tłoczy je do filtru, a następnie do pompy wtryskowej. Pompa wtryskowa tłoczy odmierzoną dawkę paliwa przewodami wysokiego ciśnienia do wtryskiwaczy. Nadmiar paliwa z filtru, pompy wtryskowej i wtryskiwaczy spływa do zbiornika przewodami przelewowymi.

Konstrukcja

Zacznijmy od świec żarowych. Są one wkręcone w głowicę podobnie jak świece zapłonowe w silniku iskrowym. Używane są wyłącznie do uruchamiania zimnego bądź niedostatecznie rozgrzanego silnika, a ich zadaniem jest zapalanie wtryskiwanego oleju napędowego. W starszych samochodach i nieznacznej ilości obecnie wytwarzanych aut włącza się je osobnym włącznikiem, natomiast w większości aktualnie produkowanych pojazdów, zasilanie świec żarowych zostało całkowicie zautomatyzowane. Dzięki temu
osoba uruchamiająca silnik, po włączeniu stacyjki, musi odczekać zaledwie kilka sekund, obserwując lampę kontrolną (na ogół żółtą bądź pomarańczową). Jej zgaśnięcie świadczy o uzyskaniu właściwej temperatury elementu grzejnego i wskazuje, iż można użyć już rozrusznika. Procesem nagrzewania steruje w tym przypadku małe urządzenie elektroniczne, czerpiące impulsy ze stacyjki i czujnika temperatury cieczy chłodzącej silnik.
Świece żarowe odznaczają się dużym stopniem niezawodności, niemniej z czasem, na skutek termicznego zmęczenia materiału grzejnego, odmawiają posłuszeństwa. Wówczas występują kłopoty z uruchomieniem silnika bowiem cylinder, w którym znajduje się uszkodzona świeca żarowa, zaczyna pracować dopiero po rozgrzaniu się ścianek komory spalania. Jałowe działanie cylindra może trwać kilkadziesiąt sekund. W tym czasie silnik nie osiąga właściwej mocy i pracuje bardzo nierównomiernie. Jeśli nie funkcjonują dwie lub trzy świece, nie zdołamy go uruchomić nawet ciągnąc samochód na holu.
Sprawdzenie działania świecy żarowej nie jest czynnością skomplikowaną. Wystarczy bowiem wykręcić ją, zetknąć z masą pojazdu i połączyć gwintowaną końcówką z dodatnim biegunem akumulatora. Czynność tę należy wykonywać ostrożnie, nie trzymać świecy palcami, ponieważ jeśli okaże się ona sprawna, możemy poparzyć rękę. Gorzej oczywiście, jeśli posłuszeństwa odmówi automat wyłączający świece żarowe. Silnik zdołają uruchomić najprawdopodobniej tylko osoby dobrze znające się na technice, na kilka sekund łącząc
dodatkowym przewodem świece z dodatnim biegunem akumulatora.
Każdy użytkownik powinien wiedzieć, że obwód elektryczny świec żarowych zabezpieczony jest bezpiecznikiem topikowym umieszczonym zazwyczaj poza skrzynką bezpieczników w komorze silnikowej. Jeśli więc silnik nie będzie dawał się uruchomić, sprawdźmy, czy bezpiecznik nie jest stopiony i ewentualnie wymieńmy go na nowy.
W silnikach wysokoprężnych, napędzających samochody osobowe, stosowane są dwa rodzaje pomp wtryskowych: rzędowe oraz rozdzielcze. Obecnie przeważają nowocześniejsze, mniejsze, lżejsze i tańsze w produkcji pompy rozdzielcze. Pompa taka napędzana jest najczęściej paskiem zębatym od wału korbowego. Podczas pracy silnika zasysa ona paliwo ze zbiornika, wytwarza bardzo wysokie ciśnienie i w odpowiedniej chwili wtłacza ściśle określoną dawkę paliwa poprzez wtryskiwacze do komór spalania. Ilość wykonywanych funkcji świadczy, iż jest to urządzenie precyzyjne i skomplikowane. By opis konstrukcji i zasada funkcjonowania pompy na kilka podzespołów, które w rzeczywistości mieszczą się we wspólnej obudowie.

Pierwszym z nich jest pompa łopatkowa podawcza zasysająca paliwo ze zbiornika do wnętrza pompy wtryskowej. Ponieważ uzyskiwane ciśnienie nie może proporcjonalnie wzrastać bez granic wraz ze zwiększeniem obrotów wału korbowego, w jednym z kanałów znajduje się zawór sterujący. Nadmiar oleju napędowego odprowadzany jest do zbiornika zaworem umieszczonym w górnej części pompy. Przy okazji element ten pełni funkcję odpowietrznika. Dzięki niemu ręczne odpowietrzanie pompy, tak, jak to miało miejsce w przypadku wcześniejszych konstrukcji, stało się czynnością niepotrzebną. Jeśli więc zabraknie nam paliwa w "Dieslu", układ zostanie samoczynnie odpowietrzony po nalaniu paliwa.
Kolejnym urządzeniem jest pompa wysokiego ciśnienia, która tłoczy paliwo pod dużym ciśnieniem i, co jest charakterystyczne dla tej pompy, rozdziela olej napędowy kolejno do poszczególnych wtryskiwaczy. Jej zasada działania jest zbliżona do mechanizmów wywołujących ruch udarowy w wiertarkach. Ruch obrotowy wałka napędowego otoczonego nieruchomą obsadą rolek zamieniony zostaje za pośrednictwem tych rolek i krzywkowej tarczy w ruch posuwisto-obrotowy tłoczka pracującego w głowicy tej pompy. Nad obydwiema pompami znajduje się urządzenie regulujące dawkę wtrysku, a także ograniczające prędkość obrotową biegu jałowego i maksymalną silnika. Najistotniejsza funkcję pełni przesuwny zawór umieszczony na tłoczysku głównym pompy wysokiego ciśnienia sterowany dźwigniami bądź cięgnami połączonymi z pedałem gazu oraz mechanizmem, który bez naszego wpływu utrzymuje minimalne obroty silnika i zapobiega nadmiernemu "rozbieganiu" się silnika podczas pracy z całkowicie wciśniętym pedałem gazu.

Przy uważnym prześledzeniu konstrukcji pampy wtryskowej można dojść do wniosku, że zimą czyli w niekorzystnych warunkach Diesla należy uruchamiać po włączeniu świec żarowych, urządzenia rozruchowego i... (o czym nie wszyscy wiedzą) wciśnięciu pedału gazu. Pierwsza czynność nie wymaga komentarza, druga powoduje zwiększenie kąta wyprzedzenia wtrysku, zaś trzecia wpływa na zwiększenie dawki wtrysku. W praktyce ta ostatnia czynność okazuje się niezwykle ważna, bowiem w niskiej temperaturze proces zapłonu oleju napędowego wymaga zwiększenia ilości cząsteczek z trudem zapalającego się paliwa. Nie dość, że uruchomienie silnika wysokoprężnego bywa niełatwe, jedyną możliwością zatrzymania go okazuje się odcięcie dopływu paliwa.
W obecnie produkowanych Dieslach wyposażonych w rozdzielczą pompę wtryskową zadanie to spełnia zazwyczaj zawór elektromagnetyczny. Z chwilą włączenia stacyjki otwiera on przepływ paliwa zaś po wyłączeniu jej uniemożliwia dalsze napełnianie pompy. Gdy elektromagnes lub związany z nim obwód elektryczny odmówią
Kolejnym istotnym elementem osprzętu jednostki wysokoprężnej jest filtr paliwa. Użytkowników samochodów napędzanych silnikiem o zapłonie iskrowym, którzy nie mieli do czynienia z "Dieslem" być może zdziwi, iż filtr paliwa stanowi tak ważną część. Bez niego jednak znacznie maleje trwałość pompy paliwa. Gdy zapcha się ona zanieczyszczeniami przedostającymi się ze zbiornika wraz z paliwem,(zanieczyszczoną pompę można zregenerować, lecz wiąże się to z dużymi kosztami) silnik nie uzyskuje pełnej mocy, a zimą gaśnie po kilku minutach pracy.
Filtr paliwa montowany jest szeregowo na przewodzie, którym olej napędowy zasysany jest ze zbiornika do
pompy wtryskowej. Jego uchwyt stanowi pokrywa mocowana na stałe do jednego z elementów nadwozia. Obudowa ma gwintowane gniazdo, w które podczas przykręcania filtra wchodzi drożny króciec osadzony w pokrywie. W górnej części obudowy znajdują się o
twory dolotowe. W procesie produkcyjnym podczas nawijania powstają tzw. kieszenie, w których na dole zbierają się zanieczyszczenia. Dzięki temu filtr może być wymieniany dopiero po 20-30 tys. km. Dłuższa eksploatacja grozi zatkaniem tego materiału i przedostawaniem się zanieczyszczeń do precyzyjnych elementów pompy wtryskowej. Wówczas następuje przyspieszone zużycie jej wewnętrznych części oraz końcówek wtryskiwaczy. Efekt takiego zużycia objawia się sączeniem oleju napędowego do komór spalania, dymieniem z rury wydechowej, spadkiem mocy silnika, jego nierównomierną pracą i utrudnionym rozruchem. Filtr paliwa musi więc być wymieniany we właściwym czasie. Także ze względu na zmęczenie materiałowe wkładu filtrującego. Jeśli jego cząsteczki urwałyby się, wówczas uszkodzeniu uległaby pompa wtryskowa.
Wtryskiwacze stanowią końcowe ogniwo w układzie zasilania silnika wysokoprężnego. Niezależnie od konstrukcji pompy, oraz rodzaju wtrysku (bezpośredni lub do komory wstępnej), budowa i zasada działania wtryskiwaczy jest bardzo podobna. Są one połączone z pompą przewodami wytrzymującymi wysokie ciśnienie. Przewodami tymi impulsywnie tłoczony jest olej napędowy, który po przekroczeniu ciśnienia rzędu
18 - 30 MPa powoduje cofnięcie iglicy wtryskiwacza i wtrysk paliwa do komory spalania. Iglica powraca samoczynnie do pozycji wyjściowej dzięki silnej sprężynie. Konstrukcja ta uniemożliwia niepożądane sączenie się paliwa - oczywiście do czasu zużycia iglicy i gniazda w końcówce wtryskiwacza lub osłabienia sprężyny. Te dwa objawy zużycia są najczęściej występującą przyczyną niewłaściwej pracy silnika wysokoprężnego. Uszkodzenie tych bardzo precyzyjnych elementów rozpoznamy po wzroście zużycia paliwa, czarnym dymieniu z rury wydechowej, a zimą przede wszystkim po utrudnionym porannym uruchamianiu i bardzo nierównomiernej pracy silnika, której towarzyszy typowy głośny, metaliczny stukot, pozbawiony regularnego rytmu.

Zasada działania

Każdy silnik wysokoprężny czterosuwowy o zapłonie samoczynnym jest skomplikowany w budowie. Elementy takie jak: Pompa, wałek rozrządu, wał i wiele innych podzespołów muszą być ze sobą idealnie zgrane Np. podczas suwu ssania ma się otworzyć zawór ssący gdy tłok jest niedaleko martwego położenia, aby powietrze wypełniło cylinder. Gdyby w tym momencie otworzył się zawór wydechowy, zamiast zassać czystego powietrza silnik zassał by spalin z rury wydechowej, po to właśnie mamy znaki na kołach zębatych, aby zmieniając pasek rozrządu wszystko ze sobą zgrać. W przeciwnym razie możemy doprowadzić do nieprawidłowego działania silnika lub w ogóle silnik nie będzie się dał uruchomić, a co najgorsze gdy bardzo przestawimy rozrząd możemy doprowadzić do tzw. kolizji silnika. Oznacza to ze w Momocie gdy tłok jest w górnym martwym punkcie otworzy się których zawór, tłok wtedy z dużą siłą uderza w zawór i się blokuje. Wtedy jest konieczny kosztowny remont silnika. Ale przejdźmy do zasad działania silnika wysokoprężnego czterosuwowego o zapłonie samoczynnym.

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 wtryśniętej dawki paliwa do przestrzeni nad tłokiem. Paliwo wtryskiwane jest pod wysokim ciśnieniem), dzięki czemu uzyskuje się dobre rozpylenie paliwa. Bardzo małe krople paliwa otoczone gorącym powietrzem szybko odparowują, a pary paliwa, 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. Jest to początek ekspansji czynnika roboczego i wykonywania pracy. Początkowo, wraz ze wzrostem temperatury, rośnie także ciśnienie czynnika, lecz wzrost prędkości poruszania się tłoka powoduje, że ciśnienie zaczyna maleć, a rośnie objętość właściwa gazu.

Wydech
Gdy tłok znajduje się w pobliżu dolnego martwego położenia, następuje otwarcie zaworu wylotowego. Ponieważ ciśnienie gazu w cylindrze jest wyższe od ciśnienia otoczenia, 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.

Suw sprężania Suw wydechu

Suw ssania Suw pracy
Silnik z wtryskiem pośrednim
Silnik z wtryskiem bezpośrednim

Paliwa
Paliwem spalanym w silniku wysokoprężnym jest zwykle olej napędowy. 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).
Parametry charakterystyczne
? Stopień sprężania - od 14 do 23,
? Ciśnienie sprężania - od 30 do 45 barów,
? Ciśnienie spalania - od 50 do 80 barów,
? Ciśnienie wtrysku paliwa - od 120 do 2000 barów.

Wady i zalety
Wady
Większa emisja tlenków azotu NOx w porównaniu do silników z zapłonem iskrowym, wyposażonych w trójfunkcyjny katalizator spalin,
? Emisja cząstek stałych jeśli silnik nie jest wyposażony w odpowiedni filtr,
? Większe koszty produkcji, w porównaniu z silnikami benzynowymi,
? Większy hałas i ciężar, niż silników benzynowych o tej samej mocy,
? Ograniczona maksymalna prędkość obrotowa spowodowana zwłoką zapłonu,
? Większe wymagania co do własności olejów silnikowych.
Zalety
? Większa sprawność konwersji energii chemicznej paliwa, a dzięki temu mniejsze zużycie paliwa i emisja dwutlenku węgla,
? Korzystne cechy eksploatacyjne (np. większy moment obrotowy),
? Łatwość doładowania (duży przyrost mocy),
? Możliwość zastosowania łatwiejszego w produkcji i tańszego paliwa,
? Większa niezawodność pracy silnika,
? Większa żywotność silników.


Sorki bardzo, ale juz obrazki do wstawienia musicie znaleźć samie... ale to nie problem w google.pl są... To jest projekt na technike, z którego dostałem 6....