Nowy silnik HDi 1.4

Wynalezienie silnika wysokoprężnego to zasługa Niemca Rudolfa Diesla, który opatentował swój wynalazek w 1897 r., a swą teorię silnika wykorzystującego zapłon samoczynny ogłosił już kilka lat wcześniej. Ciekawostką jest to, że pierwszy działający silnik Diesla wykorzystywał jako paliwo... miał węglowy! Jak działa silnik opracowany przez Rudolfa Diesla? Tu będzie trochę fizyki. Otóż konstruktor wykorzystywał w nim właściwości gazów, których stan można przedstawić za pomocą równania mającego trzy parametry - ciśnienie, objętość oraz temperatura. Parametry te są od siebie zależne, tzn. zmiana któregokolwiek wpływa na pozostałe. W silniku wysokoprężnym spręża się powietrze będące w cylindrze w stosunku 18:1, 19:1, a nawet więcej, a te trzy liczby nazywają się stopniem sprężenia. Powoduje to ogrzanie powietrza do wysokiej temperatury oraz zmniejszenie objętości. Do tak ogrzanego powietrza wtryskuje się pod wysokim ciśnieniem niewielką dawkę paliwa, która nie zapali się od iskry świecy zapłonowej. Pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze następuje zapłon, a czynnik roboczy znajdujący się w komorze spalania wykonuje pracę. Przez lata w silnikach tego typu stosowano głównie wtrysk do komory wstępnej, niewielkiej przestrzeni nad cylindrem, w której umieszczono wtryskiwacz i tam dokonywano zapłonu. Do wad tych układów należały m.in.: stosunkowo mała prędkość obrotowa silnika, niełatwe usuwanie spalin oraz konieczność wymiany tych komór co jakiś czas. Na przestrzeni lat konstrukcje silników Diesla ulegały licznym modyfikacjom. Komory wstępne zastąpione zostały bezpośrednim wtryskiem paliwa, co umożliwiało pracę jednostki napędowej na wysokich obrotach, zmniejszenie zużycia paliwa oraz brak problemów z opróżnianiem cylindrów. Aby spełnić rygorystyczne normy dotyczące składu spalin oraz podnieść moc silnika, konstruktorzy zastosowali doładowanie, najczęściej turbosprężarki, mogące mieć np. zmienną geometrię turbiny, chłodzenie powietrza doładowującego (intercooler). Tak naprawdę przebojem stał się układ common rail, czyli wspólny kolektor wtryskowy. Inżynierowie dostrzegli, że dotychczas stosowane układy wtryskowe nie pozwalają na regulację czasu wtrysku oraz ilości wtryskiwanego paliwa. Z pomocą przyszła włoska firma Magnetti Marelli, która jest pomysłodawcą common rail. Problem był tylko taki, że firma ta nie specjalizowała się w układach wtryskowych, dlatego też sprzedała pomysł niemieckiemu Boschowi w 1993 r. Na czym polega idea wtrysku pod wysokim ciśnieniem? Otóż jest to wysokociśnieniowy kolektor, służący do magazynowania paliwa mającego znaleźć się po jakimś czasie w cylindrach. Do kolektora zasilającego paliwo dostarczane jest wysokociśnieniową pompą pod ciśnieniem 133 atmosfer. Aby dopełnić konfiguracji układu common rail, należy wymienić jeszcze elektrozawory sterowane przez kalkulator, umieszczone na końcach wtryskiwaczy. Dzięki common rail "ropniak" nie jest już smrodzącą, dymiącą zawalidrogą, która wytwarza tyle hałasu co ciągnik rolniczy. Coraz więcej aut posiada właśnie takie silniki, ponieważ spalając niewiele paliwa, na dodatek taniego, zapewniają dobre osiągi, czasem przewyższające swych benzynowych krewniaków. Obecnie coraz więcej producentów stara się mieć choć jeden silnik z systemem common rail. Układ ten posiadają tacy producenci jak: Peugeot - HDi (High Pressure Direct Injection), Renault - dCi, Toyota -D4, Fiat - JTD, Ford TDCi, Mercedes CDI, Chrysler CRD, Mitsubishi - DI-D. W niektórych krajach Europy Zachodniej sprzedaż Diesla przewyższyła już sprzedaż jednostek benzynowych. <strong>Nowy Silnik HDi 1.4</strong> W europejskich samochodach osobowych najczęściej stosowane są turbodoładowane jednostki z układami common rail o pojemnościach od 1700 do 2500 cm3 i mocach odpowiednio: 80-160 KM. Jednakże badanie rynku i oczekiwania klientów jednoznacznie wskazują, iż istnieje grupa klientów zainteresowana "małym" Dieslem, który po pierwsze będzie jednostką nowoczesną, a po drugie tanią w eksploatacji. Dążenie do zmniejszenia gabarytów stało się głównym celem projektantów nowej generacji silników, w które miałyby być wyposażone małe i średnie pojazdy. Nowy silnik Diesla HDi 1,4 w PSA oraz silnik Duratorq TDCi 1,4 w Ford Motor Company to rezultat porozumienia o współpracy zawartego przez dwa koncerny we wrześniu 1998 r., rozszerzonego rok później poprzez podpisanie szeroko zakrojonego programu współpracy w dziedzinie silników Diesla. Dzięki tej współpracy, obydwa koncerny staną się wkrótce liderami w zakresie produkcji Diesla. Łączne nakłady inwestycyjne szacowane są na kwotę rzędu 1,22 mld euro. <strong>Ograniczenie zużycia paliwa</strong> Ograniczenie zużycia paliwa wymaga przede wszystkim znacznego zmniejszenia masy pojazdu i jego zespołów. Silnik 1,4 HDi o łącznej wadze 98 kg, to jest o 50 kg mniej w porównaniu z silnikiem o pojemności 1,9 l z komorą wstępną o najbardziej zbliżonych osiągach, zasługuje na miano silnika "wagi piórkowej". Parametr ten został uzyskany dzięki szerokiemu zastosowaniu stopów aluminium i minerałów kompozytowych. Blok cylindrów i jego pokrywa aluminiowa są odlewane pod ciśnieniem, wał rozrządu zbudowany na zasadzie połączenia krzywek spiekanych na przewodzie rurowym jest lżejszy o 1,3 kg czyli o 30%. Wszystkie części rurowe są specjalnie opracowane pod kątem zmniejszenia ich wymiarów i wagi. Przyczynia się to do większej sprawności silnika, zmniejszenia niekorzystnych sił bezwładności oraz możliwości szybkiego zwiększenia prędkości obrotowej. <strong>Mały silnik o wysokich osiągach</strong> Zastosowane rozwiązania technologiczne (konstrukcje głowic, system doładowania i bezpośredniego wtrysku) poprawiają parametry pracy silnika przy niskich obrotach i zapewniają wyciszone działanie, które dotychczas było oferowane jedynie w pojazdach najwyższej klasy. Zwiększona moc otrzymywana jest przez dostosowanie prędkości gazów spalinowych do warunków pracy silnika. Urządzenie elektronicznie kontrolujące prace silnika oblicza optymalne ciśnienie turbodoładowania, biorąc pod uwagę takie warunki pracy silnika jak: otwarcie przepustnicy, wysokość obrotów, ciśnienie atmosferyczne i temperaturę wody. Wszystkie te elementy wpływają na dużą elastyczność silnika przy zmiennym obciążeniu. <strong>Zalety akustyczne i lepsza sprawność</strong> System wtrysku zastosowany w nowym silniku umożliwia znaczną poprawę dokładności momentu i objętości wtryskiwanego paliwa. Sposobem na cichą pracę jest wtrysk pilotowy (system nowej generacji, common rail), trwający 0,16 milisekund, możliwy dzięki elektrozaworom we wtryskiwaczach, polegający na spaleniu najpierw małej dawki paliwa, dzięki której wzrasta temperatura w cylindrze. Dopiero po spaleniu dawki pilotowej następuje spalenie zasadniczej dawki paliwa, której wtryśnięcie zajmuje ok. 2 ms. Takie rozwiązanie zaowocowało łagodną, kulturalną i cichą pracą (ponad 3-krotne obniżenie hałasu, o 10dB, w porównaniu do klasycznych układów wtryskowych). Bardzo ważne jest także obniżenie temperatury zapłonu oleju napędowego, co wpływa na zmniejszenie emisji tlenków azotu Nox. <strong>Silnik o bardzo zwartej budowie zwiększający bezpieczeństwo</strong> Zwarta budowa silnika umożliwia zastosowanie w komorze silnikowej rozwiązań gwarantujących wysokie parametry pojazdu w zakresie bezpieczeństwa biernego. Starannie dopracowana konfiguracja układów połączonych z silnikiem i wyposażenie układu wydechowego umożliwiły ograniczenie gabarytów w taki sposób, aby zniekształcenie części przedniej w przypadku kolizji poprawiło bezpieczeństwo użytkownikowi pojazdu. Ponadto niektóre elementy silnika przyczyniają się poprzez odkształcenia kontrolowane do pochłaniania energii w razie uderzenia. Taką rolę pełni w rzeczywistości filtr powietrza oraz rozdzielacz powietrza wlotowego. <strong>Przyjazny dla środowiska naturalnego</strong> Dla poprawy parametrów uzdatniania spalin, układ recyrkulacji został umieszczony jak najbliżej turbosprężarki w celu wykorzystania najwyższych temperatur układu wydechowego. Wtryskiwacze posiadają 6 otworów o średnicy 118 mikronów, to znaczy o średnicy włosa, co daje dokładniejsze rozpylenie paliwa i tym samym bardziej jednorodną mieszaninę. Spalanie dzięki temu jest dokładniejsze, zapewniając niższy poziom emisji niespalonych cząstek. Silnik spełnia wymogi normy czystości spalin EURO 3 i może zostać bezpośrednio przystosowany, z filtrem FAP lub bez, do normy EURO 4. Sprawne, małe silniki Diesla, zastępują stopniowo silniki benzynowe, stanowią skuteczną broń przeciw emisji gazów (CO2), będących przyczyną efektu cieplarnianego. Największymi rynkami zbytu tych aut są: Francja, Niemcy, Hiszpania i Włochy; sprzedaje się tam ponad 75 000 pojazdów z silnikami Diesla rocznie. Udział pojazdów wyposażonych w silniki Diesla w rynku motoryzacyjnym jest najwyższy w Austrii, Francji, Belgii i Hiszpanii: pojazdy te stanowią ponad połowę wszystkich sprzedawanych aut. Dla porównania, w Polsce pomimo spadku całego rynku o połowę na przestrzeni dwóch lat, rynek Diesla zwiększył się o ponad 120% w tym samym okresie. Źródło: Grzegorz Sokalski, Peugeot