Proces spalania

Wsłuchując się w pracę silnika wysokoprężnego, często zastanawiam się nad procesami które zachodzą w jego wnętrzu, a w szczególności nad procesem zapłonu paliwa. Jest to bowiem najważniejszy proces w silniku z zapłonem samoczynnym, od którego zależy jego poprawna praca oraz czystość spalin które emituje on do atmosfery. W przeciwieństwie do silników benzynowych, w których zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej jest uzależniony od przeskoku iskry elektrycznej między elektrodami świecy zapłonowej, w dieslu następuje samozapłon paliwa i aby on nastąpił muszą zostać spełnione sprzyjające ku temu warunki. Jednym z nich jest zapewnienie odpowiednio wysokiego ciśnienia sprężania, wskutek którego ściskane przez tłok powietrze musi osiągnąć temperaturę przekraczającą temperaturę zapłonu paliwa.

Aby polepszyć przyrost temperatury, konstruktorzy silników zastosowali świece żarowe, których elementy grzejne są umieszczone bezpośrednio w komorze spalania, wzgl. inne podobnie działające podgrzewacze w postaci świec płomieniowych lub spiral grzejnych które umieszczone w kanałach dolotowych podwyższają temperaturę powietrza zasysanego przez silnik. Powyższe urządzenia podgrzewające wspomagają rozruch zimnego silnika. Na uwagę zasługuje fakt, że jeżeli silnik nie będzie posiadał odpowiedniego ciśnienia sprężania w cylindrach, jego rozruch szczególnie na mrozie stanie się bardzo trudny i żadne urządzenia podgrzewające lub inne „transfuzje” mu nie pomogą. Dlatego owe ciśnienie jest głównym parametrem pozwalającym określić stan techniczny silnika. Należy pamiętać przy tym aby rozrusznik obracał silnikiem z odpowiednią prędkością obrotową, bowiem jeżeli rozrusznik kręci „anemicznie” uzyskiwane ciśnienie oraz temperatury niezbędne do samozapłonu są zbyt niskie i mamy kłopoty z rozruchem. Kolejnym warunkiem jest dokładne rozpylenie paliwa. Pozwala to na szybkie odparowanie i wymieszanie się z powietrzem drobnych cząsteczek paliwa. Sprzyja to ich samozapłonowi, oczywiście zakładając że wtrysk paliwa odbywa się w odpowiednim czasie co jest dodatkowym warunkiem mającym również duże znaczenie w czasie rozruchu. W samym procesie zapłonu paliwa możemy wyróżnić cztery okresy:

- Okres opóźnienia zapłonu. Następuje uniesienie się iglicy rozpylacza i rozpoczyna się faza wtrysku. Paliwo silnie zawirowane miesza się z powietrzem i gwałtownie odparowuje osiągając temperaturę zapłonu, ale jeszcze się nie zapala.

- Okres rozprzestrzeniania się płomienia. Mieszanka paliwowo powietrzna zapala się w miejscu gdzie nastąpiło najlepsze odparowanie. Powstałe płomienie ogrzewają pozostałą część paliwa i zapalają je co podnosi ciśnienie w komorze spalania.

- Okres spalania. Wtryskiwane paliwo natychmiast paruje i spala się. Gwałtowny przyrost ciśnienia którego maksymalna wartość następuje ok. 10 stopni po górnym martwym punkcie naciska na denko tłoka przekazując mu swoją energię.

- Okres dopalania. Koniec fazy wtrysku. Iglica rozpylacza gwałtownie odcina dopływ paliwa. Resztki dopalają się przy jednoczesnym spadku ciśnienia w cylindrze.

To wszystko odbywa się w czasie jednego cyklu pracy silnika więc czas trwania tego zjawiska jest bardzo krótki. Należy zadać sobie pytanie co się dzieje w przypadku gdy silnik pracuje na maksymalnych obrotach. Czas ten gwałtownie maleje poprzez zwiększenie się częstotliwości powtarzania cykli. Paliwo ma mniej czasu na odparowanie i całkowite spalenie się, niekiedy niedopalone zostaje wyrzucone w postaci cząstek stałych czyli sadzy do atmosfery co wchodzi w kolizję z ekologią. Ale konstruktorzy „ szybkich” diesli pomyśleli o wszystkim i jak temu zapobiegli o tym w napiszę w najbliższym czasie.