Moduł 7

Układ chłodzenia i smarowania oraz układ dolotowy i wylotowy

1. Układ chłodzenia 1.1. Bezpośredni układ chłodzenia 1.2. Pośredni układ chłodzenia 2. Układ smarowania 2.1. Rodzaje układów smarowania 2.2. Podzespoły układu smarowania 3. Układ dolotowy 4. Układ wylotowy 5. Metody doładowania 5.1.Doładowanie silników ZI 7. Zawór EGR 7.1. Budowa i zasada działania zaworu EGR. 8. Układ oczyszczania spalin 8.1. Filtr cząstek stałych – budowa

2

W tym module zostaną przedstawione zagadnienia dotyczące konstrukcji układów chłodzenia i smarowania oraz układ dolotowy i wylotowy. Ponadto zostanie omówiona budowa i funkcjonowanie poszczególnych układów. 1. Układ chłodzenia

W silnikach są stosowane układy chłodzenia powietrzem tzw. układy chłodzenia bezpośrednie i układy chłodzenia płynem chłodzącym tzw. pośrednie układy chłodze-nia. Prawie wszystkie obecnie produkowane silniki samochodowe są wyposażone w układ chłodzenia płynem chłodzącym.

1.1. Bezpośredni układ chłodzenia Bezpośredni układ chłodzenia to układ, w którym silnik chłodzony jest za pomocą

„owiewającego” go powietrza. Możemy rozróżnić dwa typy układów bezpośrednich: Naturalny – to taki układ, w którym przepływ powietrza wymuszony jest pę-

dem pojazdu np. w motocyklach chłodzonych powietrzem. wymuszony – w układzie tym pęd powietrza wymuszony jest działaniem wen-

tylatora, dzięki czemu silnik może być chłodzony wtedy, kiedy to konieczne, a nie tylko podczas jazdy.

Niezależnie od wybranego rozwiązania silniki chłodzone w sposób bezpośredni mają na swoim kadłubie specjalne użebrowanie, dzięki któremu chłodzenie jest bardziej efek-tywne.

Zaletami chłodzenia bezpośredniego jest praktycznie brak obsługi układu chło-dzenia oraz duża niezawodność. Jednak silniki chłodzone w ten sposób pracują głośniej od silników chłodzonych pośrednio. 1.2. Pośredni układ chłodzenia

W pośrednim układzie chłodzenia silnik chłodzony jest za pomocą cieczy chło-dzącej, która chłodzona jest podczas jazdy samochodu w wymienniku temperatury (chłodnica).

Budowa i zasada działania Układ chłodzenia pośredniego składa się z chłodnicy, przewodów łączących układ, termostatu, nagrzewnicy, czujników temperatury, pompy wymuszającej obieg cie-czy, zbiornika wyrównawczego oraz wentylatora. W układzie tym znajduje się ciecz chłodząca. Konstrukcja bloku silnika uwzględnia natomiast miejsca, przez które ta ciecz przepływa.

3

Rys. 7.1. Budowa układu chłodzenia.

Źródło: http://www.kokar.pl/?schemat-i-budowa-ukladu-chlodzenia-silnika

Pompa płynu chłodzącego tłoczy pod ciśnieniem płyn chłodzący do układu

chłodzenia. Najczęściej jest to pompa odśrodkowa. Tego rodzaju pompy charakteryzują się dużą wydajnością przy bardzo prostej i zwartej budowie (małe wymiary i ciężar). Pompa taka wytwarza niewielkie ciśnienie, co zabezpiecza układ chłodzenia przed uszkodzeniami. Jest mocowana na przedniej stronie silnika i napędzana od wału korbo-wego paskiem klinowym lub zębatym. Ponadto jest włączona do obiegu między dolnym zbiornikiem chłodnicy, a płaszczem płynu chłodzącego i wskutek czego tłoczy ciecz o najniższej temperaturze w obiegu.

Rys. 7.2. Pompa wody.

Źródło: http://www.driftshop.pl/shop/?326,pompa-wody-silnik-ca18det-nissan-200sx

4

Chłodnica składa się z rdzenia połączonego z dwoma zbiornikami. Zbiornik gór-ny ma króciec dolotowy do połączenia z silnikiem i ze zbiornikiem wyrównawczym. Zbiornik dolny ma króciec do połączenia z pompą. Rdzeń chłodnicy może być komoro-wy, rurkowo-płytkowy albo rurkowo-taśmowy, z kilkoma albo tylko jednym rzędem rurek i może być wykonywany z mosiądzu albo częściej z aluminium. Rys. 7.3. Budowa chłodnicy.

Źródło: http://www.szymkrzysztof.republika.pl/silnik.html

Termostat jest zaworem termicznym, który reguluje temperaturę płynu chło-

dzącego w silniku. Podczas nagrzewania silnika pozostaje zamknięty aż do osiągnięcia temperatury początku otwarcia (na ogół około 80...90°C) i dopiero wtedy zaczyna się otwierać.

Budowa silnika Wewnątrz szczelnego cylindra termostatu znajduje się materiał zmieniający swą obję-tość w zależności od temperatury. Zmiany temperatury powodują ruchy cylindra w górę i w dół, i dzięki temu zawór otwiera się i zamyka. Rys. 4. Termostat.

Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Termostat_(silnik_spalinowy).

5

Zbiornik wyrównawczy jest wykorzystywany do przejmowania nadmiaru płynu chłodzącego, gdy temperatura w układzie wzrasta i oddawania go do układu, gdy silnik stygnie. Zbiornik jest wykonany z przezroczystego tworzywa sztucznego, co umożliwia wzrokową kontrolę poziomu płynu w układzie.

Korek wlewu, umieszczony na zbiorniku wyrównawczym, jest ważnym elementem układu chłodzenia, wyposażony w zawór nadciśnieniowy i zawór podci-śnieniowy. Zawór nadciśnieniowy powoduje zwiększenie ciśnienia w układzie, a przez to podniesienie temperatury wrzenia płynu chłodzącego ponad 100°C, co jest korzystne dla ogólnej sprawności silnika. Zawór podciśnieniowy otwiera się, gdy po wyłączeniu silnik stygnie i w układzie powstaje podciśnienie. Dzięki temu w wystudzonym układzie chłodzenia panuje ciśnienie zbliżone do atmosferycznego i przewody gumowe nie zaci-skają się.

Rys. 7.5. Zbiornik wyrównawczy płynu chłodzącego z korkiem wlewu.

Źródło: http://www.zafiraklub.pl/forum/viewtopic.php?t=8898

Wentylator służy do wymuszania intensywnego przepływu powietrza przez

chłodnicę, co poprawia efekt wypromieniowania ciepła. Wentylator jest napędzany sil-nikiem elektrycznym, włączanym przez elektroniczne urządzenie sterujące silnika w zależności od temperatury płynu chłodzącego. W starszych rozwiązaniach wentylator był sterowany wyłącznikiem termicznym, zamontowanym w chłodnicy.

6

Rys. 7.6. Wentylator.

Źródło: http://www.chlodnice.net.pl/poradypraktyczne.htm

Czujnik temperatury płynu chłodzącego jest umieszczony w obudowie termo-

statu i przesyła informacje o temperaturze do wskaźnika w zestawie wskaźników. Zmiana rezystancji czujnika w zależności od temperatury powoduje zmianę napięcia przekazywanego do wskaźnika wycechowanego w stopniach Celsjusza. Czujnik zawiera także włącznik termiczny lampki kontrolnej przegrzania silnika, sygnalizującej przekro-czenie dopuszczalnej temperatury płynu chłodzącego.

Rys. 7.7. Czujnik temperatury. 1 - złącze elektryczne, 2 - obudowa, 3 - rezystor.

Źródło: http://automatyka.ndl.pl/opel/podzespoly/temp/czujnik_temperatury.htm

W układzie chłodzenia można wyróżnić obiegi mały i duży. Korzystając z małego obiegu, napędzana prze pompę ciecz krąży tylko w kadłubie silnika. Dzieje się tak aż do chwili osiągnięcia przez ciecz odpowiedniej temperatury. W chwili nagrzania się cieczy w małym obiegu następuje otwarcie termostatu, a tym samym ciecz chłodząca zaczyna krążyć w dużym obiegu, czyli przepływać przez chłodnicę. Ciecz, przepływając przez chłodnicę, jest chłodzona przez pęd powietrza jaki występuje podczas poruszania się samochodu. Kiedy jednak układ osiągnie temperaturę ok. 98°C włączony zostaje wentylator, który wymusza dodatkowy przepływ powietrza przez chłodnicę.

7

Za pomocą umieszczonej w układzie chłodzenia nagrzewnicy ogrzewane jest również powietrze służące do ogrzewania kabiny pasażerskiej.

2. Układ smarowania Układ smarowania jest sercem całego silnika. Silnik składa się z wielu poruszają-

cych się względem siebie części. Są to na przykład części układu korbowego i układu rozrządu. Powstające między nimi tarcie powoduje straty mocy, zużycie i może być przyczyną zatarcia silnika. W celu zapobiegania tym niepożądanym zjawiskom silnik został wyposażony w układ smarowania, który pod ciśnieniem doprowadza olej silni-kowy do miejsc wymagających smarowania. Olej pełni w silniku liczne funkcje:

tworzy między obracającymi lub przesuwającymi się częściami cienki film ole-jowy, zapobiegający ich bezpośredniemu kontaktowi, co zmniejsza tarcie, a tym samym i zużycie oraz powstawania ciepła,

chłodzi części silnika, uszczelnia tłoki w cylindrach, zabezpiecza wnętrze silnika przed korozją, usuwa zanieczyszczenia z silnika.

2.1. Rodzaje układów smarowania Rozróżniamy dwa rodzaje układów smarowania: ciśnieniowy i mieszankowy.

Ciśnieniowe układy smarowania są stosowane we wszystkich nowoczesnych sil-

nikach. Olej pod ciśnieniem jest doprowadzany tylko do niektórych części, np. do łożysk głównych i korbowych wału korbowego, czy łożysk wału korbowego i dźwigienek zawo-rowych. Inne części są smarowane rozbryzgowo, np. krzywki wału rozrządu, gładź cy-lindrów czy koła zębate.

Układ mieszankowy jest stosowany w silnikach dwusuwowych ze sprężaniem w skrzyni korbowej. W silnikach tych do benzyny jest dodawane 2...3% oleju smarujące-go, który w skrzyni korbowej prawie całkowicie wytrąca się z zassanej mieszanki palnej i rozbryzgowo smaruje części silnika, również łożyska główne i korbowe (zwykle tocz-ne).

2.2. Podzespoły układu smarowania Pompa oleju zasysa olej przez smok z filtrem siatkowym i tłoczy do układu przez

filtr dokładnego oczyszczania. W układach smarowania silników są obecnie stosowane dwa rodzaje pomp zębatych (z kołami o uzębieniu zewnętrznym i z kołami o uzębieniu wewnętrznym) oraz pompy rotorowe.

Pompa zębata z kołami o uzębieniu zewnętrznym składa się z dwóch identycznych kół umieszczonych w jednej obudowie. Olej jest przenoszony ze strony ssącej na tłoczną we wrębach międzyzębnych.

Pompa zębata z kołami o uzębieniu wewnętrznym jest zwykle montowana w osi wa-łu korbowego. Koło wewnętrzne jest osadzane bezpośrednio na wale korbowym. Koło zewnętrzne o uzębieniu wewnętrznym jest umieszczone niewspółosiowo z kołem we-wnętrznym. Przestrzeń zasysania jest oddzielona od przestrzeni tłoczenia wkładką sier-pową.

8

Rys. 7.8. Zębata pompa oleju: a) o zazębieniu zewnętrznym, b) o zazębieniu wewnętrz-nym.

Źródło: http://autokult.pl/2011/05/05/transport-oleju-w-silniku-pompy-olejowe-wideo

Pompa rotorowa składa się z dwóch wirników umieszczonych niewspółosiowo

w jednej obudowie. Wirnik napędowy i wirnik napędzany obracają się w tym samym kierunku. Podczas obracania przestrzenie między zębami wirników najpierw powięk-szają się (zasysanie), a następnie zamykają (tłoczenie). Pompy rotorowe mogą być mon-towane bezpośrednio na wale korbowym. W pompie jest umieszczony zawór przelewo-wy ograniczający ciśnienie do wartości wymaganych. Zawór przelewowy służy do ogra-niczania ciśnienia w układzie smarowania. Gdy na skutek wzrostu obrotów silnika ci-śnienie wzrasta nadmiernie, zawór otwiera się i część tłoczonego oleju jest kierowana na stronę ssącą albo bezpośrednio do miski olejowej.

Filtr oleju wychwytuje cząstki metali, węgla i inne zanieczyszczenia. Jest on zwykle wykonywany jako element jednorazowego użytku, który wymienia się przy okazji wy-miany oleju. Filtr oleju jest wyposażony w zawór bocznikowy. Zawór ten otwiera się, gdy opory przepływu przez filtr nadmiernie wzrosną. Tłoczony przez pompę olej omija wtedy filtr i silnik jest odtąd smarowany olejem niefiltrowanym. Rys. 7.9 Filtr oleju.

Źródło: http://www.forum.alfaholicy.org/forum_ogolne_o_alfa_romeo/93972-filtry_oleju_wydzielony.html

9

Miska olejowa zamyka od dołu skrzynię korbową. Służy jako zbiornik oleju, w którym olej się odpowietrza i podczas jazdy jest chłodzony owiewem powietrza.

Czujnik ciśnienia jest wkręcony w kadłub i mierzy ciśnienie oleju w kolektorze ole-ju.

Spadek ciśnienia poniżej wartości minimalnej powoduje zaświecenie się lampki kontrolnej w zestawie wskaźników.

Czasami w silnikach jest montowany czujnik poziomu i temperatury oleju. Sygnały czujnika są zapamiętywane elektronicznie i przekazywane do wskaźnika poziomu i temperatury oleju na tablicy rozdzielczej.

3. Układ dolotowy Układ dolotowy doprowadza powietrze do silnika. Składa się z filtra powietrza

i kolektora dolotowego. Filtr powietrza ma wymienny wkład papierowy, który zatrzymuje pył

i zanieczyszczenia zasysane z powietrzem przez silnik. Przedostające się do cylindrów pył i kurz mogłyby zniszczyć gładzie oraz zanieczyścić olej silnikowy. W rezultacie skró-ciłoby to żywotność silnika. Dlatego wkład filtra należy regularnie wymieniać, zgodnie z zaleceniami producenta samochodu.

Rys. 7.10. Filtry powietrza.

Źródło: http://autokult.pl/2013/02/07/pluca-samochodu-wszystko-o-filtrach-powietrza.

Kolektor dolotowy kieruje mieszankę paliwowo-powietrzną (w silnikach

o zapłonie iskrowym z wtryskiem pośrednim) lub zasysane powietrze (w silnikach o zapłonie iskrowym z wtryskiem bezpośrednim lub w silnikach wysokoprężnych) do poszczególnych cylindrów silnika.

Kolektor dolotowy może być tak skonstruowany, że będzie wspomagał dostarcza-nie silnikowi większej ilości powietrza, niż sam silnik potrafi zassać. Jest to tzw. dołado-wanie dynamiczne, realizowane na przykład zmienną długością kanałów dolotowych lub zmienną ich geometrią. W niektórych rozwiązaniach kolektor ma wbudowany elek-tryczny podgrzewacz powietrza, który kształtem przypomina „jeża”.

10

W układzie dolotowym mogą być zamontowane: urządzenie do pomiaru masy zasysa-nego powietrza (tak zwany przepływomierz) i urządzenie doładowujące (turbosprężar-ka lub kompresor). Rys. 7.11. Kolektor dolotowy.

Źródło: http://www.e-autonaprawa.pl/encyklopedia/kolektor-dolotowy-ang-isuction-manifold-i/2115/

4. Układ wylotowy Zadaniem układu wylotowego (nazywanego również wydechowym) jest odprowa-

dzenie spalin z silnika poza strefę, z której mogłyby się one przedostać do wnętrza nad-wozia oraz na takim tłumieniu odgłosów wydechu, by nie obniżało to osiągów silnika. Układ wylotowy jest zbudowany z kolektora wylotowego, rury wylotowej, katalizatora i tłumika (tłumików).

Kolektor wylotowy odprowadza gazy powstałe w cylindrach w wyniku spalania i poprzez rurę wylotową wydala je do atmosfery. Kolektor jest przykręcony do głowicy, natomiast pozostałe elementy układu są podwieszone do podwozia na wieszakach gu-mowych, które tłumią drgania układu wylotowego.

11

Rys. 7.12. Kolektor wylotowy.

Źródło: http://www.terminalczesci.pl/kolektor-wydechowy/

Rura wylotowa jest podzielona na kilka, połączonych ze sobą śrubami odcinków, co umożliwia łatwą wymianę tłumika lub katalizatora bez konieczności wymontowywa-nia całego układu.

Tłumik obniża ciśnienie i temperaturę gazów spalinowych, w celu uniknięcia zjawiska gwałtownego rozprężania się gazów po wyjściu z rury. Temu zjawisku towa-rzyszyłby duży hałas. Działanie tłumików polega na stopniowym rozprężaniu gazów w czasie przechodzenia przez labiryntowe kanały lub kolejne komory wewnątrz tłumika. Czasami w układzie wylotowym stosuje się dwa tłumiki, z których ostatni tłumi szumy powstałe w poprzednim tłumiku.

Katalizator jest montowany najczęściej tuż za kolektorem wylotowym, aby szyb-ciej uzyskiwał temperaturę roboczą. Zadaniem katalizatora jest oczyszczanie spalin z niepożądanych ze względów ekologicznych składników.

12

Rys. 7.13. Budowa układu wylotowego.

Źródło: http://adrianolek.com/naukajazdy/pliki/silniki/uklady.htm

5. Doładowanie silników

Doładowaniem silnika nazywa się proces, w którym dostarczenie świeżego ła-

dunku do cylindra odbywa się pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego, co zwięk-sza masę substancji uczestniczących w spalaniu.

Celem doładowania jest uzyskanie wzrostu mocy użytecznej oraz sprawności sil-nika. Jest to efekt równoważny zwiększeniu łącznej objętości skokowej cylindrów (zwią-zanej z niepożądanym wzrostem masy własnej silnika) lub prędkości obrotowej wału korbowego (co powoduje jednak zmniejszenie sprawności mechanicznej). Inne, alterna-tywne sposoby uzyskania wyższej mocy to: podwyższenie stopnia sprężania, z czym wiążą się większe obciążenia mechaniczne i cieplne, albo zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza, co obniża sprawność cieplną.

Doładowanie silnika może być realizowane różnymi metodami. Ponieważ świeże powietrze nagrzewa się podczas przepływu do cylindrów i sprężania (przez co zmniej-sza swą gęstość), stosuje się jego schładzanie w przepływowej chłodnicy. Zależnie od wartości ciśnienia świeżego ładunku rozróżnia się doładowanie niskie, nieprzekraczają-ce 150 kPa, i doładowanie wysokie, przekraczające 150 kPa (sięgające nawet 300 kPa), przy którym niezbędne jest chłodzenie powietrza. Wzrost mocy uzyskiwany dzięki do-ładowaniu wyrażony w procentach mocy tego samego silnika, lecz zasilanego pod ci-śnieniem atmosferycznym, nazywa się stopniem doładowania.

5.1. Metody doładowania Zwiększenie ciśnienia świeżego ładunku dostarczanego do cylindra realizujemy

przez doładowanie dynamiczne oraz sprężarkowe. Pierwsze (bezsprężarkowe) polega na wykorzystaniu działania fali uderzeniowej powietrza w przewodzie dolotowym pod-

13

czas suwu ssania. Tworząca się przy tym fala stojąca zwiększa ciśnienie przepływu ga-zów przez zawór dolotowy. Jego odmianą jest doładowanie rezonansowe, uzyskiwane dzięki wykorzystaniu zjawiska akustycznego rezonansu ciśnienia słupa powietrza w układzie dolotowym, co nie wymaga zastosowania dodatkowych urządzeń pomocni-czych zużywających energię otrzymywaną z silnika. Układ rezonansowy (rezonator Helmholtza) złożony jest ze zbiornika o stałej lub regulowanej objętości i pojedynczych przewodów dolotowych (o odpowiednio dobranej długości i przekroju) do poszczegól-nych cylindrów. Małe wartości stosunku długości do przekroju tych przewodów nie za-kłócają przebiegu drgań powietrza.

Doładowanie sprężarkowe polega na zwiększeniu ciśnienia powietrza dostarcza-nego do cylindra przez:

sprężarkę mechaniczną napędzaną od wału korbowego silnika, turbosprężarkę napędzaną gazami spalinowymi z silnika, system mieszany, w którym sprężarka mechaniczna oraz turbosprężarka pra-

cują szeregowo. Stosuje się także doładowanie kombinowane, polegające na równoczesnym stosowaniu sprężania dynamicznego i sprężarkowego. Rys. 7.14. Sprężarki: a) mechaniczna, b) turbosprężarka.

Źródło: http://www.technikajazdy.info/quiz-motoryzacyjny/turbo-vs-kompresor/

Doładowanie silników ZI Silniki o zapłonie iskrowym są stosowane głównie do napędu pojazdów osobo-

wych, w mniejszym zaś stopniu do pojazdów dostawczych. Początkowo stosowano w nich doładowanie mechaniczne za pomocą sprężarek wypornościowych. Z biegiem cza-su wprowadzono kilkuprocentowe turbodoładowanie oraz sporadyczne doładowanie mechaniczne. Pod koniec XX wieku stosowano najczęściej doładowanie kombinowane, czyli turbosprężarkowe połączone z dynamicznym. Poważnym problemem zastosowa-nia doładowania w silniku o zapłonie iskrowym jest występowanie samozapłonów (spa-lanie stukowe), co wymuszało obniżanie wartości stopnia sprężania.

14

Przy zasilaniu gaźnikowym doładowanie sprężarkowe stosowano za pomocą dwóch systemów. W pierwszym w układzie dolotowym gaźnik poprzedzał sprężarkę. Powodowało to lepsze wymieszanie paliwa z powietrzem i większą gęstość ładunku, dzięki jego ochłodzeniu na skutek parowania paliwa. Wadą tego systemu była koniecz-ność zmian przekrojów dysz w gaźniku oraz możliwość wybuchu mieszanki w przewo-dzie dolotowym. W drugim systemie gaźnik znajdował się za sprężarką. Do wad tego systemu należy zaliczyć konieczność zachowania całkowitej szczelności komory pływa-kowej gaźnika.

W silnikach zasilanych wtryskowo o zapłonie iskrowym występują trzy rodzaje wtrysku: o wtrysku centralnym (jednopunktowym), wielopunktowy (dla każdego cylin-dra), wielopunktowy bezpośredni (pod dużo większym ciśnieniem), który jest najnow-szym rozwiązaniem. W silnikach tych rola doładowania polega na dostarczeniu wyma-ganej masy powietrza do układu, dawka wtryskiwanego paliwa zależy zaś od obciążenia z zachowaniem wymaganego współczynnika nadmiaru powietrza. Należy pamiętać, że w silnikach benzynowych zasilanych wtryskowo najczęściej stosowane jest doładowanie dynamiczne uzyskiwane przez odpowiednio ukształtowany i regulowany układ doloto-wy, zapewniający względnie dobre napełnianie cylindrów przy określonych prędko-ściach obrotowych. Dla uzyskania lepszego doładowania stosuje się jednoczesne doła-dowanie sprężarkowe lub turbodoładowanie.

Zastosowanie turbosprężarek w silnikach benzynowych jest korzystne, lecz też ro-dzi pewne problemy. Zmiana prędkości obrotowej wału korbowego powoduje, że pom-pa wtryskowa reaguje natychmiast na zmianę obrotów, wtryskując odpowiednią dawkę paliwa, lecz turbosprężarka, ze względu na swą bezwładność, nie nadąża z podawaniem wymaganej ilości powietrza. Dlatego w silnikach TSI firmy VW stosowane jest dołado-wanie dynamiczne w całym zakresie obrotów, dynamiczne i przez mechanicznie napę-dzany kompresor w zakresie niskich obrotów albo dynamiczne i kompresorowe oraz przez turbosprężarkę w zakresie obrotów średnich, a przy wyższych – dynamiczne i turbosprężarkowe.

Doładowanie silników ZS Silniki o zapłonie samoczynnym są stosowane do napędu ciężkich pojazdów użyt-

kowych i dostawczych, lecz również coraz powszechniej do samochodów osobowych. W ich konstrukcji ostatnio dokonał się znaczny postęp. Był on wymuszony zarówno ko-niecznością obniżenia kosztów zużycia paliwa, jak i restrykcyjnymi przepisami dotyczą-cymi między innymi toksyczności spalin. Aby sprostać tym wymaganiom i poprawić właściwości dynamiczne silników ZS, poszczególni wytwórcy stosują różne sposoby ich doładowania.

Silniki wysokoprężne turbodoładowane z bezpośrednim wtryskiem paliwa (TDI) uzyskują bardzo dobre parametry (również elastyczność) dzięki usprawnieniu systemu przygotowania mieszanki palnej i jej spalania. Pozwala to uzyskiwać wyższe prędkości obrotowe rzędu 4500 obr./min, wymagane w silnikach pojazdów osobowych.

Stosowanie doładowania wraz z wtryskiem bezpośrednim paliwa oraz innymi rozwiązaniami technicznymi zarówno w silnikach benzynowych, jak i wysokoprężnych spowodowało poprawienie efektywności i wydajności tych silników spalinowych. Wpłynęło również na zmniejszenie ich uciążliwości dla otoczenia.

15

6. Recyrkulacja spalin Węglowodory (CH) oraz tlenki azotu (NOx) są obok tlenków węgla (CO) jednymi

z najważniejszych trujących związków znajdujących się w spalinach. Obie grupy tych związków są rakotwórcze i bardzo niebezpieczne dla ludzkiego organizmu. Wyso-ka zawartość jednych i drugich uzależniona jest od tego, jaka mieszanka paliwowo-powietrzna jest spalana w komorach silnika. Przy spalaniu mieszanki bogatej (za dużo paliwa, za mało tlenu), zwiększa się zawartość węglowodorów. Podczas niepełnego spa-lania długie łańcuchy CH ulegają „porwaniu”, a część z nich nie zostaje utleniona. Przy spalaniu mieszanki ubogiej (za dużo tlenu, za mało paliwa), kiedy w komorze spa-lania podnosi się temperatura lub gdy proces spalania jest bardzo szybki, np. na skutek wymuszania wysokich obrotów silnika, rośnie stężenie tlenków azotu w spalinach.

7. Zawór EGR Skrót EGR pochodzi od angielskiej nazwy „Exhaust Gas Recirculation”. Za-

wór EGR, inaczej zwany zaworem recyrkulacji spalin jest rodzajem elektromagnesu za-montowanego w układzie wydechowym. Jego zadaniem jest kierowanie części spalin z powrotem do układu dolotowego. Ma to przede wszystkim znaczenie ekologiczne, po-nieważ proces ten wymusza dopalenie się szkodliwych związków, powodując ich rozpad i lepsze wchłanianie przez atmosferę. Prawidłowa praca zaworu EGR wpływa więc po-zytywnie na ekologię.

7.1. Budowa i zasada działania zaworu EGR. Sama budowa zaworu EGR nie jest skomplikowana. Zawór EGR jest elektroma-

gnesem. W dużym skrócie elektromagnes zaworu EGR powoduje otwieranie i zamykanie przepustnicy, przez którą część spalin wpada ponownie do komory spalania. Aby układ był szczelny, stosowane są różnego rodzaju uszczelki, z których najbardziej charaktery-styczna posiada otwory na całej swojej powierzchni tak, aby spaliny mogły przedosta-wać się w obrębie układu. Aby recyrkulacja spalin odbywała się poprawnie, musi być spełnionych kilka warunków, takich jak odpowiednia temperatura oraz odpowiedni skład mieszanki. Całością operacji recyrkulacji spalin steruje komputer centralny, który w odpowiednich warunkach pracy silnika otwiera lub zamyka zawór EGR. Zwykle w reakcji ponownego spalania bierze udział od 15-25% spalin. Ekologicznie ma to znacze-nie, ponieważ w skład spalin wchodzą niebezpieczne dla organizmów związki, w tym związki toksyczne i rakotwórcze. Istnieją dwa zasadnicze typy układu recyrkulacji spalin – wewnętrzny i zewnętrzny.

16

Rys. 7.15. Zawór EGR.

Źródło: http://sprawdz.auto.pl/zawor-egr/

Pierwszy z nich opiera się na zastosowaniu zaawansowanych rozwiązań

w układzie rozrządu. Spaliny wprowadzane są do komory spalania podczas suwu ssa-nia. Opóźnia się zamknięcie zaworów wylotowych przy jednoczesnym otwarciu zawo-rów dolotowych. W ten sposób w komorze pozostaje część spalin. Taki układ stosuje się w jednostkach wysilonych i wysokoobrotowych, gdzie ważne jest utrzymanie wysokich parametrów zewnętrznych. Nie jest on jednak tak wydajny jak zewnętrzny układ recyr-kulacji spalin.

W układach zewnętrznych stosuje się specjalny zawór, który umieszczony jest na kolektorze wydechowym silnika, skąd część spalin trafia do układu ssącego. Za-wór sterowany jest przez ten sam komputer, który odpowiada za szereg innych parame-trów pracy silnika. Korzysta on z sygnałów sond lambda, współpracuje z układem wtry-skowym oraz układem zapłonowym

8. Układ oczyszczania spalin

Tłokowe silniki spalinowe emitują wiele substancji szkodliwych, z których ogra-niczeniami emisji poprzez przepisy homologacyjne objęto:

tlenek węgla (CO), węglowodory (HC), tlenki azotu (NOx), cząstki stałe (PM).

Ograniczenia emisji tych składników spalin, przy jednoczesnych wyczerpujących się konstrukcyjnych możliwościach zmniejszenia natężenia ich powstawania w komorze spalania, spowodowały intensywny rozwój katalitycznych technik oczyszczania spalin. Obecnie reaktory katalityczne jako najważniejszy element systemu ograniczania emisji stosowane są w połączeniu z rozbudowanymi systemami sterowania i diagnostyki silni-ka. Wymagania dotyczące prawidłowego funkcjonowania w agresywnych chemicznie i cieplnie gazach spalinowych stawiane reaktorom katalitycznym wymogły ich szybki rozwój. Szeroko rozpowszechniły się całkowicie nowe ceramiczne lub metalowe monoli-ty, na które nanoszona jest zwykle aktywna katalitycznie warstwa pośrednia, stanowią-ca nośnik zasadniczych substancji, na których zachodzą reakcje kontaktowe.

17

Reaktory katalityczne można podzielić na cztery podstawowe grupy w zależności od rodzaju pełnionej funkcji (sposobu usuwania szkodliwych składników):

reaktory utleniające (OC i MSC), reaktory utleniająco-redukujące (TWC i NSR), reaktory redukujące (NH3-SCR i HC-SCR), reaktory rozkładające (DeNOx).

8.1. Filtr cząstek stałych – budowa

Filtr cząstek stałych (DPF, FAP) to urządzenie służące do zatrzymywania i neutralizowania cząstek sadzy. Jest to nieskomplikowany układ, składający się z ceramicznej struktury i metalowej obudowy, wizualnie przypominającej tłumik środ-kowy. Filtr cząstek stałych, podobnie jak katalizator, ma budowę plastra miodu, z tą róż-nicą, że średnica jego kanalików jest większa, a ich ścianki porowate. Część kanalików zaślepiona jest na wlocie, pozostałe na wylocie z filtra. Pory są mniejsze niż cząstki sa-dzy, dzięki czemu zatrzymują ją wewnątrz filtra, aby później ją dopalić w procesie ini-cjowanym przez ECU. Spaliny trafiają do otwartych kanalików, gdzie mniejsze cząsteczki przedostają się przez pory i wylatują z układu wydechowego, a większe (cząstki sadzy) zostają zatrzymane wewnątrz. Ze względu na sposób działania można rozróżnić dwa rodzaje systemów oczyszczania spalin:

Suchy filtr DPF. W tym filtrze na powierzchni porowatych ścianek znajdują się cząsteczki tlenku glinu i ceru oraz platyny (utleniają CO-CO2, NO-NOx). Rys. 7.16. Suchy filtr cząstek stałych DPF.

Źródło: http://moto.pl/Ekologia/51,117005,9148367.html?i=3

Mokry filtr FAP.

Filtr ten wymaga zastosowania dodatku do paliwa (tzw. płynu katalicznego), któ-ry powoduje neutralizację sadzy w niższej temperaturach.