Dieselový motor funguje tak, že nasává vzduch a stlačuje jej na velmi vysoký poměr (obvykle mezi 14:1 a 23:1 ), a pak vstřikováním paliva přímo do tohoto horkého stlačeného vzduchu, aby se zapálil sám bez zapalovací svíčky. Tento proces, známý jako kompresní zapalování, je definujícím znakem, který odděluje dieselový motor od benzínového motoru, a to je důvod, proč jsou dieselové elektrárny upřednostňovány v nákladních automobilech, generátorech, námořních plavidlech a těžkých stavebních zařízeních, kde točivý moment a účinnost paliva záleží více než výkon při vysokých otáčkách.
Čtyři takty za každým dieselovým motorem
Každý dieselový motor, bez ohledu na velikost, se řídí stejnou čtyřdobou sekvencí, která přeměňuje chemickou energii v palivu na mechanickou rotaci klikového hřídele.
Sací mrtvice
Píst se pohybuje směrem dolů uvnitř válce, zatímco sací ventil se otevírá a nasává pouze čerstvý vzduch, přičemž v této fázi není přimícháno žádné palivo. Tím se liší od benzínového motoru, kde se palivo a vzduch obvykle mísí před vstupem do komory.
Kompresní zdvih
Sací ventil se uzavře a píst se pohybuje nahoru a stlačuje vzduch do mnohem menšího objemu. Vzhledem k tomu, že kompresní poměry nafty jsou tak vysoké, teplota vzduchu uvnitř válce se může vyšplhat výše 700 stupňů Celsia , který je dostatečně horký, aby zapálil naftu bez vnější jiskry.
Silový zdvih
V blízkosti vrcholu kompresního zdvihu rozstřikuje vstřikovač paliva jemnou mlhu nafty přímo do přehřátého vzduchu. Palivo se vznítí téměř okamžitě a výsledná expanze tlačí píst zpět dolů, čímž vzniká rotační síla, která nakonec dosáhne na kola nebo hnací hřídel.
Výfukový zdvih
Píst se opět zvedne, výfukový ventil se otevře a upotřebené spalovací plyny jsou vytlačeny z válce výfukovým potrubím, načež se cyklus znovu spustí s novým sacím zdvihem.
Proč načasování vstřikování paliva rozhoduje o výkonu
Systém vstřikování paliva je pravděpodobně nejdůležitější automobilový díl u dieselového motoru, protože časování a tlak vstřikování přímo řídí výkon, hluk a emise.
Moderní dieselové motory používají vstřikovací systém common-rail, kde je palivo drženo pod extrémně vysokým tlakem, často mezi nimi 1 500 a 2 500 bar , uvnitř sdílené kolejnice před distribucí do jednotlivých elektronicky řízených vstřikovačů. Toto nastavení umožňuje řídicí jednotce motoru vypálit více malých vstřikovacích impulsů za cyklus namísto jednoho velkého nárazu, což vyhlazuje spalování a snižuje charakteristické klepání nafty.
| Vstřikovací systém | Typický tlak | Běžné použití |
|---|---|---|
| Common Rail | 1500 až 2500 barů | Osobní nákladní vozy, SUV |
| Jednotka vstřikovače | Až 2000 barů | Těžké silniční nákladní vozy |
| Distribuční čerpadlo | 300 až 1000 barů | Starší dieselové motory, zemědělská technika |
Turbodmychadla a vzduchová strana spalování
Dieselový motor spaluje jen tak efektivně, jako vzduch, který přijímá, a proto téměř každý moderní diesel spoléhá na turbodmychadlo, které vhání vzduch do válců navíc. Turbodmychadlo se otáčí s využitím energie výfukových plynů, která by jinak byla promarněna, a točící se kolo kompresoru nacpe více kyslíku do každého sacího zdvihu.
- Více vzduchu umožňuje spálit více paliva za cyklus, čímž se zvyšuje výkon bez zvětšení bloku motoru.
- Mezi turbem a sacím potrubím je často umístěn mezichladič, který ochlazuje stlačený vzduch, protože hustší studený vzduch obsahuje více molekul kyslíku než horký vzduch o stejném objemu.
- Turbodmychadla s proměnnou geometrií upravují úhly lopatek tak, aby poskytovaly výkon v širším rozsahu otáček motoru, čímž pomáhají vznětovému motoru silně táhnout již od nízkých otáček.
To je jeden z důvodů, proč vznětové motory produkují vysoký točivý moment při nízkých otáčkách motoru, který často dosahuje maxima hluboko pod 2 000 ot./min , díky čemuž jsou vhodné pro tažení a vytahování.
Automobilové díly, které umožňují kompresní zapalování
Několik automobilových dílů spolupracuje na udržení procesu kompresního zapalování uvnitř dieselového motoru a každý z nich hraje odlišnou mechanickou roli.
- Žhavicí svíčky zahřívají spalovací komoru při studených startech, protože samotný studený vzduch nemusí dosáhnout zapalovací teploty, když je motor studený.
- Vstřikovače paliva rozprašují naftu do jemného rozstřiku, takže se rovnoměrně mísí se stlačeným vzduchem.
- Klikový hřídel a ojnice převádějí pohyb pístu nahoru a dolů na rotační výstup.
- Ventil recirkulace výfukových plynů přesměrovává část výfukových plynů zpět do sání, aby se snížily teploty spalování a omezila tvorba oxidů dusíku.
- Filtr pevných částic zachycuje částice sazí z proudu výfukových plynů předtím, než plyny opustí výfuk.
Proč dieselové motory běží efektivněji než benzínové motory
Výhoda tepelné účinnosti dieselového motoru pochází přímo z jeho vyššího kompresního poměru. Podle technických údajů zveřejněných ministerstvem energetiky USA mohou vznětové motory zhruba přeměnit 30 až 35 procent energie paliva na využitelnou práci ve srovnání s asi 20 až 25 procenty u typických benzínových motorů, protože vyšší komprese umožňuje úplnější expanzi spalin proti pístu.
Motorová nafta také nese více energie na galon než benzín, což zvyšuje výhodu v počtu najetých kilometrů. Tato kombinace vyšší účinnosti komprese a hustší energie paliva vysvětluje, proč nákladní vozy pro dálkovou přepravu, lodní motory a stacionární generátory téměř všeobecně spoléhají na naftu spíše než na benzín.
Majitelé bodů běžného opotřebení by měli sledovat
Udržení hladkého chodu dieselového motoru závisí na monitorování hrstky automobilových dílů, které jsou v průběhu času vystaveny největšímu namáhání.
Palivové filtry
Vstřikovače naftového paliva pracují s extrémně úzkými tolerancemi, takže i malé množství nečistot nebo vody v palivu může způsobit opotřebení vstřikovačů. Palivové filtry by se měly měnit v intervalech uvedených v uživatelské příručce, aby byl chráněn vstřikovací systém.
Těsnění turbodmychadla
Protože turbodmychadlo se točí rychlostí, která může překročit 100 000 ot./min jeho vnitřní ložiska a těsnění jsou citlivé na kvalitu oleje. Použití výrobcem specifikované třídy oleje pomáhá turbu vydržet tak dlouho jako zbytek dieselového motoru.
Stav žhavicí svíčky
Opotřebená žhavicí svíčka může výrazně ztížit studené starty, zejména při nízkých teplotách, protože spalovací komora bez pomoci nedosáhne tak rychle zapalovací teploty.
