Z wynalazkami jest tak, jak z dzieæmi – do koñca nie wiadomo, co z nich wyroœnie. Podobnie by³o z silnikiem Rudolfa Diesla, który dziêki finansowemu wsparciu fabryki maszyn w Augsburgu (póŸniej MAN) i firmy Friedrich Krupp móg³ udoskonalaæ swój wynalazek.
W 1897 r. Rudolf Diesel skonstruowa³ prototypowy, 1-cylindrowy silnik z zap³onem samoczynnym o bardzo wysokiej sprawnoœci 26% - nieosi¹galnej dla powszechnych wówczas silników parowych i benzynowych. Pomys³ Diesla polega³ na tym, by w cylindrze silnika paliwo samo siê zapala³o od sprê¿onego przez t³ok, a wiêc gor¹cego, powietrza. Ten sposób zapalania paliwa w cylindrze nazwano samoczynnym. Silnik ten nie potrzebowa³ wiêc œwiec zap³onowych ani aparatu zap³onowego i móg³ spalaæ ciê¿k¹ frakcjê ropy naftowej, która by³a znacznie tañsza od benzyny. Ze wzglêdu na wysok¹ sprawnoœæ i stosunkowo niskie koszty eksploatacji silnik z zap³onem samoczynnym stawa³ siê coraz popularniejszy i wykorzystywany by³ jako stacjonarne Ÿród³o napêdu, s³u¿y³ te¿ do napêdu lokomotyw, statków, ³odzi. W 1913 r. po morzach i oceanach œwiata p³ywa³o ponad 300 statków wyposa¿onych w silnik pomys³u pana Diesla, który sprzedawa³ swój patent ka¿demu, kto wyrazi³ na to ochotê i dysponowa³ odpowiedni¹ gotówk¹.
W³aœciciele patentu starali siê udoskonaliæ dzie³o Rudolfa Diesla, który w 1913 r. zgin¹³ w tajemniczych okolicznoœciach. Problemem ograniczaj¹cym funkcjonowanie silnika by³ sposób podawania paliwa do silnika. W za³o¿eniu twórcy paliwo by³o wtryskiwane do cylindra za pomoc¹ sprê¿onego powietrza, co wymaga³o stosowania dodatkowej, du¿ej i wydajnej sprê¿arki. Silnik ze sprê¿ark¹ zajmowa³ wiêc du¿o 
miejsca, o które ³atwiej na statku ni¿ w samochodzie. Przystosowanie silnika do stosowania w samochodzie wymaga³o zmniejszenia jego masy i gabarytów. Tymi problemami zajmowa³ siê Prosper L’Orange zatrudniony w firmie Benz&Cie. Wymyœli³ on tzw. poœredni wtrysk paliwa, które by³o wtryskiwane za pomoc¹ wtryskiwacza do ma³ej komory wstêpnej, w której nastêpowa³ zap³on, przenosz¹cy siê dog³ównej komory spalania umieszczonej nad t³okiem. W 1919 r. L’Orange opatentowa³ swój pomys³ wraz z konstrukcj¹ wtryskiwacza, a 2 lata póŸniej opracowa³ pompê wtryskow¹. Zainicjowanie spalania paliwa w komorze wstêpnej mia³o kilka zalet – ³agodny wzrost ciœnienia gazów spalinowych na t³ok (tzw. miêkki bieg), zmniejszenie ha³asu i drgañ. Wady - to wiêksze zu¿ycie paliwa w stosunku do wtrysku bezpoœredniego i trudnoœci z rozruchem silnika w niskich temperaturach.
Konfrontacja - Berlin 1924
|
Ciê¿arówka MAN z 1924 r. z silnikiem Diesla z wtryskiem bezpoœrednim |
|
Ciê¿arówka Benz & Cie z 1924 r. z silnikiem Diesla z wtryskiem poœrednim |
|
Ciê¿arówka Daimler Motoren Gesellschaft z silnikiem Diesla z 1924 r. |
W czasach, gdy nie by³o Interentu, wystawy samochodowe by³y miejscem konfrontacji producentów samochodów. Na Niemieckiej Wystawie Samochodowej w Berlinie w 1924 r. firma Daimler Motoren Gesellschaft pokaza³a silnik o mocy 40 KM z zap³onem samoczynnym, w którym wtrysk paliwa by³ realizowany za pomoc¹ sprê¿onego powietrza. To tradycyjne rozwi¹zanie mia³o tê wadê, ¿e rozprê¿aj¹ce siê powietrze och³adza³o siê, co utrudnia³o zap³on. Sensacj¹ wystawy okaza³ siê silnik o mocy 50 KM z komor¹ wstêpn¹ opracowany przez firmê Benz&Cie. Niemniejsze wra¿enie zrobi³ pojazd ma³o wówczas znanej firmy M.A.N. napêdzany silnikiem o mocy 45 KM z bezpoœrednim wtryskiem paliwa wykorzystuj¹cym prototypow¹, rzêdow¹ pompê wtryskow¹ firmy Bosch.
Do rozwoju silnika z zap³onem samoczynnym przyczyni³y siê dalsze wynalazki - skonstruowanie w 1925 r. termostatu i dwóch obiegów ch³odzenia ciecz¹ oraz rozpoczêcie masowej produkcji pomp wtryskowych w 1927 r. przez firmê Bosch.
Po po³¹czeniu Daimlera i Benza w 1926 r. koncern Daimler-Benz zdecydowa³ siê na produkcjê silników z wtryskiem poœrednim. Natomiast firma MAN pozosta³a wierna wtryskowi bezpoœredniemu i w 1927 r. wprowadzi³a do produkcji nowoczesny, 6-cylindrowy silnik z wielootworowymi wtryskiwaczami i 4 (!) zaworami w ka¿dym cylindrze. We wtrysku bezpoœrednim istotn¹ rolê odgrywa sposób i szybkoœæ spalania mieszanki w cylindrze, co ma zwi¹zek z konstrukcj¹ komory spalania. Firma MAN eksperymentowa³a z ró¿nymi kszta³tami komory spalania ulokowanej w denku t³oka oraz ró¿nymi wtryskiwaczami. Np. dziêki kulistej komorze spalania (typ G) wprowadzonej w 1937 r. zastosowano tañszy w produkcji wtryskiwacz jednootworowy i dwa zawory w cylindrze, a zu¿ycie paliwa tego tañszego w produkcji silnika okaza³o siê ni¿sze o 6 l/100 km ni¿ w silniku z wtryskiem poœrednim.
Coraz popularniejszy
W latach 30. ubieg³ego stulecia silnik z zap³onem samoczynnym ca³kowicie wypar³ w napêdach przemys³owych nie tylko silnik parowy, lecz równie¿ benzynowy. Silniki Diesla stosowano do napêdu statków, lokomotyw i samochodów ciê¿arowych. Próbowano te¿ z samolotami, w czym przodowa³a firma Junkers. Za jeden z najlepszych silników lotniczych uznano 6-cylindrowy silnik Jumo 205 typu bokser o mocy startowej 880 KM. By zapewniæ niezawodnoœæ dzia³ania, na ka¿dy cylinder dawano dwa wtryskiwacze i dwie sekcje t³ocz¹ce pompy wtryskowej. Do³adowany turbosprê¿ark¹ silnik Jumo 205 s³u¿y³ do napêdu samolotów lataj¹cych na du¿ych wysokoœciach – ok. 14 km (w roku 1939). Silnik Jumo dzia³a³ w systemie 2-suwowym (!), który w tamtych czasach by³ równie popularny, co 4-suwowy. Silniki z zap³onem samoczynnym pracuj¹ce w systemie 2-suwowym, czêsto do³adowane sprê¿ark¹ mechaniczn¹, produkowa³y tak¿e m.in. firmy Deutz, Alfa Romeo i General Motors.Coraz wiêcej producentów ciê¿arówek wprowadza³o do produkcji pojazdy napêdzane silnikami Diesla. W 1936 r. szwedzka Scania-Vabis rozpoczê³a produkcje silników Diesla w³asnej konstrukcji, od 1946 r. silniki z zap³onem samoczynnym zaczê³a stosowaæ firma Volvo. Po II
wojnie œwiatowej konkurowa³y ze sob¹ dwa systemy – wtrysk poœredni Mercedesa i bezpoœredni – MAN-a. W 1951 r. firma MAN wprowadzi³a do³adowanie turbosprê¿ark¹ w silnikach ciê¿arówek, wykorzystuj¹c sprawdzon¹ wczeœniej technologiê w silnikach s³u¿¹cych do napêdu lokomotyw. Prze³omowym opracowaniem w konstrukcji silników z bezpoœrednim wtryskiem by³a komora spalania typu M wprowadzona przez MAN-a w 1954 r. Komora ta, opracowana przez Siegfrieda Meurera, umo¿liwi³a styczne do œcianek cylindra wtryskiwanie paliwa, które parowa³o warstwowo i w stosunkowo niskich temperaturach. W ten sposób wyd³u¿ono proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze, czego efektem by³a bardziej miêkka i cichsza ni¿ poprzednio praca silnika. Co wiêcej, silnik ten móg³ spalaæ ró¿ne rodzaje paliwa – od benzyny do oleju napêdowego. W³aœciwoœæ ta zdoby³a szczególne uznanie w wojsku (silniki czo³gowe). Zalety wtrysku bezpoœredniego sta³y siê tak przekonuj¹ce, ¿e Mercedes-Benz w 1964 r. wycofa³ siê z produkcji silników z wtryskiem poœrednim na korzyœæ bezpoœredniego (OM 346 i OM 352). Nad producentami samochodów zawis³y nowe chmury – normy emisji spalin. Do 1994 r. powszechnie stosowano mechaniczne, rzêdowe pompy wtryskowe. Spe³nianie norm emisji Euro 2 spowodowa³o wprowadzenie pomp wtryskowych sterowanych elektronicznie. Prze³omowym rozwi¹zaniem okaza³o siê wprowadzenie w 1994 r. przez Volvo Trucks elektronicznie sterowanych pompowtryskiwaczy (UIS) firmy Bosch. Wkrótce system ten zaczê³y stosowaæ równie¿ Iveco i Scania, która wkrótce opracowa³a swoje konstrukcje. Natomiast Mercedes-Benz, Renault Trucks, DAF (PACCAR), MACK i Deutz wprowadzi³y podobne rozwi¹zanie UPS (pompa-przewód-wtryskiwacz).
Z perspektywy historycznej bardziej skuteczny okaza³ siê bezpoœredni wtrysk paliwa wzbogacony o elektronicznie sterowane systemy zasilania – typu common rail, UIS lub UPS.
